JP2002522926A - 可撓性を有する折畳み可能な宇宙飛行体用の太陽発電機 - Google Patents
可撓性を有する折畳み可能な宇宙飛行体用の太陽発電機Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
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Abstract
(57)【要約】
１．可撓性を有する、折畳み可能な宇宙飛行体用の太陽発電機。２．１ 本発明の目的は、低コストの、可撓性を有する折畳み可能な宇宙飛行体用の太陽発電機を作製することにある。２．２ この目的は、本発明に従い、電流伝導路システムが、内側電流伝導路システム(４)と外側電流伝導路システム(５)とから構成され、電流伝導路システム(４，５)が、太陽電池(７)を支えるブランケット(２)の外側に配置され、更に、太陽電池 (７)の並列接続が蛇行型に、直列接続(８)がＵ型に形成されることによって解決される。２．３ 本発明は、集積化された電流伝導路システムを備えた折畳み可能な少なくとも一つのアレイを備え、該アレイが太陽電池を備えた可撓性を有する複数のブランケットを備え、個々のブランケットがアレイの展開方向に垂直にヒンジによって連結され、太陽電池がアレイ上で複数の電気的な並列接続及び直列接続で配置される宇宙飛行体用の太陽発電機に用いられるものである。
Description
【０００１】 本発明は、請求項１の前提部分に記載された可撓性を有する折畳み可能な宇宙
飛行体用の太陽発電機に関する。
飛行体用の太陽発電機に関する。
【０００２】 この種の太陽発電機は、大型で軽量の支持構造として設計され、主として、可
撓性を有するアコーデオン状の折畳み可能なホイル基板からのみ構成され、これ
らの基板は、軌道上で入れ子式の機械装置を用いて大面積に展張される。
撓性を有するアコーデオン状の折畳み可能なホイル基板からのみ構成され、これ
らの基板は、軌道上で入れ子式の機械装置を用いて大面積に展張される。
【０００３】 折り畳んだ空間を最小限に抑える目的で、これらのホイル面は、約２ｍｍの非
常に僅かな間隔で重ねて折畳まなくてはならない。そのため、太陽発電機の各大
面積モジュール支持ホイル部分は、簡単且つ空間が限定された状態で個々の部分
を相互に連結するのに適した電気的な電流伝導路システムを備えている。この電
気的な電流伝導路システムは、一般的に、ミッション全期間中での最高の信頼性
という必要条件の他に、太陽と地球の陰によって生じる繰り返しの大きな温度変
化に対する必要条件といった宇宙空間での高い必要条件を全て満たさなければな
らない。その他にも、電気的な接続素子は、いかなる応力に対する自由度をも残
すよう構成されていなければならない。更に、全ての太陽発電機部分を交換し、
また、修理するため、何らの破損を発生することなく、繰り返し、取外しと取付
けを可能としなければならない。
常に僅かな間隔で重ねて折畳まなくてはならない。そのため、太陽発電機の各大
面積モジュール支持ホイル部分は、簡単且つ空間が限定された状態で個々の部分
を相互に連結するのに適した電気的な電流伝導路システムを備えている。この電
気的な電流伝導路システムは、一般的に、ミッション全期間中での最高の信頼性
という必要条件の他に、太陽と地球の陰によって生じる繰り返しの大きな温度変
化に対する必要条件といった宇宙空間での高い必要条件を全て満たさなければな
らない。その他にも、電気的な接続素子は、いかなる応力に対する自由度をも残
すよう構成されていなければならない。更に、全ての太陽発電機部分を交換し、
また、修理するため、何らの破損を発生することなく、繰り返し、取外しと取付
けを可能としなければならない。
【０００４】 ＤＥ３２１０３１２Ｃ３からは、個々の支持ホイル部分から組み立てられた宇
宙飛行体用の太陽発電機が公知である。個々の部分は、ピアノ型ヒンジを介して
相互に連結されている。支持ホイルの材料は、一面、または必要であれば両面が
銅メッキのポリイミドホイルである。
宙飛行体用の太陽発電機が公知である。個々の部分は、ピアノ型ヒンジを介して
相互に連結されている。支持ホイルの材料は、一面、または必要であれば両面が
銅メッキのポリイミドホイルである。
【０００５】 太陽発電機の裏側は、銅メッキからフォトレジストエッチング処理方法によっ
て形成された電気的な電流伝導路システムを備える。外側の支持ホイル部分から
出発した個々の電流伝導路は、太陽電池から得た電流のために、可能な限り遠く
まで、太陽発電機の全長さに沿って内側上を通って、人工衛星のコネクタへと導
かれる。中央部まで送り込まれた後、次の支持ホイル部分の電流伝導路は、その
支持ホイル接続部分から、外側の支持ホイル接続部分などの電流伝導路に密接し
て、中央から延びる。その結果、裏側は、全体的にもみの木の形をした、内側に
向かって占有度が増加するようにエッチングされた電流伝導路を持つ。すべての
電流伝導路は、太陽電池のモジュールの正または負の接続点から始まる。これら
は、折り畳み可能な電動路によって折り目を通過し、そして、支持ホイル部分の
端部において、部分電動路移行部を介してヒンジ軸を通過して、導かれる。この
種の電流伝導路システムは、材料と製造がコスト高になり、太陽発電機の重量も
大幅に増し、宇宙飛行体の打ち上げ経費の上昇を招来する。
て形成された電気的な電流伝導路システムを備える。外側の支持ホイル部分から
出発した個々の電流伝導路は、太陽電池から得た電流のために、可能な限り遠く
まで、太陽発電機の全長さに沿って内側上を通って、人工衛星のコネクタへと導
かれる。中央部まで送り込まれた後、次の支持ホイル部分の電流伝導路は、その
支持ホイル接続部分から、外側の支持ホイル接続部分などの電流伝導路に密接し
て、中央から延びる。その結果、裏側は、全体的にもみの木の形をした、内側に
向かって占有度が増加するようにエッチングされた電流伝導路を持つ。すべての
電流伝導路は、太陽電池のモジュールの正または負の接続点から始まる。これら
は、折り畳み可能な電動路によって折り目を通過し、そして、支持ホイル部分の
端部において、部分電動路移行部を介してヒンジ軸を通過して、導かれる。この
種の電流伝導路システムは、材料と製造がコスト高になり、太陽発電機の重量も
大幅に増し、宇宙飛行体の打ち上げ経費の上昇を招来する。
【０００６】 本発明の課題は、宇宙飛行体に用いる、低コストで可撓性を有する折畳み可能
な太陽発電機を製造することにある。
な太陽発電機を製造することにある。
【０００７】 この課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。その他の本発明に関す
る実施の形態は、従属請求項に記載されている。
る実施の形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】 本発明の長所は、太陽電池の接続に特別な方法を使用することによって、アレ
イ面内に電流伝導路を完全に無くすことができることである。
イ面内に電流伝導路を完全に無くすことができることである。
【０００９】 アレイ面上で電流伝導路システムを廃止することが可能となること、および動
作上の故障にもつながるスルーホールめっきを廃止することが可能となることに
より、製造及び材料の経費節約の他、重量が軽減できるという特別な利点がある
。
作上の故障にもつながるスルーホールめっきを廃止することが可能となることに
より、製造及び材料の経費節約の他、重量が軽減できるという特別な利点がある
。
【００１０】 本発明の実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。
【００１１】 図１で例として示したアレイ１は、３３個の太陽電池を支持するブランケット
２（図１では、簡略化するため、それらの中の４個のみを示す）と、内側電流伝
導路システム４と、外側電流伝導路システム５と、ヒンジ６と、ミニモジュール
３に溶着された太陽電池７と、ミニモジュール間に溶着された接点１４と、基盤
プレート１１と、押付けプレート１２とから構成される。
２（図１では、簡略化するため、それらの中の４個のみを示す）と、内側電流伝
導路システム４と、外側電流伝導路システム５と、ヒンジ６と、ミニモジュール
３に溶着された太陽電池７と、ミニモジュール間に溶着された接点１４と、基盤
プレート１１と、押付けプレート１２とから構成される。
【００１２】 本実施例では、ブランケット２は、ガラス繊維の薄層状コート層を持つカプト
ン（Ｋａｐｔｏｎ）ホイルから構成され、それらはそれぞれ３３５２ｍｍ×２８
５ｍｍ の大きさである。各ブランケット２の表面には、複数の太陽電池７があ
り、これらの太陽電池は１０個ごとにミニモジュール３の中に包含される。各ブ
ランケット２上には、１８個のミニモジュール３が、直接、横方向に配置されて
いるため、太陽電池の直列接続方向が、ブランケット２の幅方向に対して平行と
なっている。太陽電池の他の接続配列によっては、ブランケット上で他の配置が
必要になることもある。ブランケットの長手方向の両端部には、ブランケットの
端部全体に沿って延びる、ピアノ型のヒンジ６の半分がそれぞれに取り付けられ
ている。このヒンジの半分は、それぞれ隣接するブランケットの半分と対応する
ように、形成されている。
ン（Ｋａｐｔｏｎ）ホイルから構成され、それらはそれぞれ３３５２ｍｍ×２８
５ｍｍ の大きさである。各ブランケット２の表面には、複数の太陽電池７があ
り、これらの太陽電池は１０個ごとにミニモジュール３の中に包含される。各ブ
ランケット２上には、１８個のミニモジュール３が、直接、横方向に配置されて
いるため、太陽電池の直列接続方向が、ブランケット２の幅方向に対して平行と
なっている。太陽電池の他の接続配列によっては、ブランケット上で他の配置が
必要になることもある。ブランケットの長手方向の両端部には、ブランケットの
端部全体に沿って延びる、ピアノ型のヒンジ６の半分がそれぞれに取り付けられ
ている。このヒンジの半分は、それぞれ隣接するブランケットの半分と対応する
ように、形成されている。
【００１３】 ブランケット２のそれぞれのミニモジュール３間の間隔は、二つの例外を除き
、それぞれ１ｍｍである。例外は、１．５ｍｍの隙間１５で、この隙間は、大き
な電位差を持つミニモジュール間でのフラッシュオーバーの場の強さを低減する
のに役立つ。
、それぞれ１ｍｍである。例外は、１．５ｍｍの隙間１５で、この隙間は、大き
な電位差を持つミニモジュール間でのフラッシュオーバーの場の強さを低減する
のに役立つ。
【００１４】 電流伝導路システムは、同様に、可撓性を有するブランケット上に形成され、
このブランケットの大きさは、太陽電池を支えているブランケット２に相当する
。内側電流伝導路システム４は、宇宙飛行体に直接、隣接するように、内側に配
置されており、その長手方向の一方の側面が基盤プレート１１に機械的に連結さ
れ、対向する長手方向の他方の側面が、ヒンジ６を介して内側の太陽電池を支え
るブランケットと機械的に連結されている。電流伝導路システム４と内側のブラ
ンケットのミニモジュール３との間の配線は、公知のように、電流伝導路システ
ム及びミニモジュールの接点の溶着によって行われる。外側電流伝導路システム
５は、アレイ１の中では宇宙飛行体に一番遠い外側の位置にあり、それに応じて
、外側の太陽電池を支えるブランケットと機械的及び電気的に連結されている。
電流伝導路システム５の外側の長手方向の側面は、押付けプレート１２と機械的
に連結されている。
このブランケットの大きさは、太陽電池を支えているブランケット２に相当する
。内側電流伝導路システム４は、宇宙飛行体に直接、隣接するように、内側に配
置されており、その長手方向の一方の側面が基盤プレート１１に機械的に連結さ
れ、対向する長手方向の他方の側面が、ヒンジ６を介して内側の太陽電池を支え
るブランケットと機械的に連結されている。電流伝導路システム４と内側のブラ
ンケットのミニモジュール３との間の配線は、公知のように、電流伝導路システ
ム及びミニモジュールの接点の溶着によって行われる。外側電流伝導路システム
５は、アレイ１の中では宇宙飛行体に一番遠い外側の位置にあり、それに応じて
、外側の太陽電池を支えるブランケットと機械的及び電気的に連結されている。
電流伝導路システム５の外側の長手方向の側面は、押付けプレート１２と機械的
に連結されている。
【００１５】 図２に示した概略図は、この実施形態における、アレイ１上の太陽電池の電気
的に並列な直列接続８についての流れと配置を示す。直列接続８は、基本的には
それぞれ、電気的に直列に接続された太陽電池の一つの支線ａ１（ｂ１、…、ｈ
１、ｉ１）（図２では一つの支線はそれぞれ簡単に一つの線で示されている）と
、最初の支線と比較すると反対の極性配置を持つ、電気的に直列に接続された太
陽電池の第二支線ａ２（ｂ２、…、ｈ２、ｉ２）と、両方の支線を電気的に直列
に接続する外側電流伝導路システム５上にある配線１０と、宇宙飛行体のエネル
ギー処理システムに直列接続８を連結させるための内側電流伝導路システム４上
にある二つの配線９から構成されている。
的に並列な直列接続８についての流れと配置を示す。直列接続８は、基本的には
それぞれ、電気的に直列に接続された太陽電池の一つの支線ａ１（ｂ１、…、ｈ
１、ｉ１）（図２では一つの支線はそれぞれ簡単に一つの線で示されている）と
、最初の支線と比較すると反対の極性配置を持つ、電気的に直列に接続された太
陽電池の第二支線ａ２（ｂ２、…、ｈ２、ｉ２）と、両方の支線を電気的に直列
に接続する外側電流伝導路システム５上にある配線１０と、宇宙飛行体のエネル
ギー処理システムに直列接続８を連結させるための内側電流伝導路システム４上
にある二つの配線９から構成されている。
【００１６】 直列に接続された太陽電池を持つ支線は、太陽電池を支えるブランケット２を
通って、それぞれ直線にアレイ１の展開方向に延びる。直列接続８の個々の支線
における太陽電池の極性方向は、図２ではそれぞれ支線上の矢の先端部で記され
る。この矢の先端部は支線の中で電位が増す方向を示す。図２では、太陽電池を
備えたアレイ１の面が、個々のブランケット２を示さずに簡略され、記号Ｆで記
されている。上記、概略図の詳細から分かるように、配線１０によって、直列に
接続されたそれぞれ二つの支線は、U型を示す直列接続８を形成する。
通って、それぞれ直線にアレイ１の展開方向に延びる。直列接続８の個々の支線
における太陽電池の極性方向は、図２ではそれぞれ支線上の矢の先端部で記され
る。この矢の先端部は支線の中で電位が増す方向を示す。図２では、太陽電池を
備えたアレイ１の面が、個々のブランケット２を示さずに簡略され、記号Ｆで記
されている。上記、概略図の詳細から分かるように、配線１０によって、直列に
接続されたそれぞれ二つの支線は、U型を示す直列接続８を形成する。
【００１７】 本実施形態では、アレイ１の上で９つの直列接続８が配置されているが、簡略
化のために、図２ではその中の４つの直列接続８だけが示されている。本実施形
態の直列接続８の支線ａ１、…ｉ２は、電気的に接続された２列を備え、各列は
、１６５個の直列に接続された太陽電池７を持ち、その結果、１つの直列接続８
は、それぞれ６６０の太陽電池を包含する。太陽電池によって必要とされる性能
によっては、太陽発電機の他の配置が可能である。
化のために、図２ではその中の４つの直列接続８だけが示されている。本実施形
態の直列接続８の支線ａ１、…ｉ２は、電気的に接続された２列を備え、各列は
、１６５個の直列に接続された太陽電池７を持ち、その結果、１つの直列接続８
は、それぞれ６６０の太陽電池を包含する。太陽電池によって必要とされる性能
によっては、太陽発電機の他の配置が可能である。
【００１８】 図３は、ブランケットの上に取り付けられた配線９を有する内側電流伝導路シ
ステム４を示す。
ステム４を示す。
【００１９】 直列接続８の支線は、ここで記述した実施形態の中では、決まった配置により
、アレイ１の上に配列されている。この配置は、アレイ１の上で２ヶ所でのみ、
隣接した支線の太陽電池の間に最大の電位差が生じるように、選択されている。
図３では、支線（ここでは示されていない）の配線９のインターフェイスへの配
置を、支線の記号ａ１、…ｉ２によって示している。これらの支線は、順番に次
のようにアレイ１の上に配置されている：ａ１−ｂ１−ｃ１−ｄ１−ｅ２−ｆ２
−ｇ２−ｈ２−ｉ２−ａ２−ｂ２−ｃ２−ｄ２−ｅ１−ｆ１−ｇ１−ｈ１−ｉ１
。この順序では、支線ペアｄ１とｅ２の間、及び、支線ペアｄ２とｅ１の間での
み、太陽電池を備えた面Ｆの“内部の”端部の方向に向かって最大の電位差が生
じる。これらの支線ペアのミニモジュール３は、ブランケット２上にそれぞれ隙
間１５によって１．５ｍｍの間隔で離間される。
、アレイ１の上に配列されている。この配置は、アレイ１の上で２ヶ所でのみ、
隣接した支線の太陽電池の間に最大の電位差が生じるように、選択されている。
図３では、支線（ここでは示されていない）の配線９のインターフェイスへの配
置を、支線の記号ａ１、…ｉ２によって示している。これらの支線は、順番に次
のようにアレイ１の上に配置されている：ａ１−ｂ１−ｃ１−ｄ１−ｅ２−ｆ２
−ｇ２−ｈ２−ｉ２−ａ２−ｂ２−ｃ２−ｄ２−ｅ１−ｆ１−ｇ１−ｈ１−ｉ１
。この順序では、支線ペアｄ１とｅ２の間、及び、支線ペアｄ２とｅ１の間での
み、太陽電池を備えた面Ｆの“内部の”端部の方向に向かって最大の電位差が生
じる。これらの支線ペアのミニモジュール３は、ブランケット２上にそれぞれ隙
間１５によって１．５ｍｍの間隔で離間される。
【００２０】 この順序のもう一つの特徴は、支線ａ２、…ｉ２が並行して配列されているた
めに等電位となる結果、これら９つの支線の配線９が、２つの共通線１６にまと
められ、宇宙飛行体のエネルギー処理システムに供給されていることである。し
かし、これは必ずしも必須ではない。
めに等電位となる結果、これら９つの支線の配線９が、２つの共通線１６にまと
められ、宇宙飛行体のエネルギー処理システムに供給されていることである。し
かし、これは必ずしも必須ではない。
【００２１】 図４は、外側電流伝導路システム５を示し、このシステムは、電気導体の形態
以外は、その実施形態において、内側電流伝導路システム４に対応する。電気導
体１０は、それぞれ二つの支線ａ１、…ｉ２を接続し、これらの支線と共にＵ型
の直列接続８を形成する。そのため、それぞれ次の支線ペアがまとめられている
：ａ１とａ２、ｂ１とｂ２、…、 ｈ１とｈ２、ｉ１とｉ２。アレイ１の支線ａ
１、…ｉ２の配線１０の配置は、図４で、支線の参照記号を用いて示されている
が、ここでは支線そのものは示されていない。
以外は、その実施形態において、内側電流伝導路システム４に対応する。電気導
体１０は、それぞれ二つの支線ａ１、…ｉ２を接続し、これらの支線と共にＵ型
の直列接続８を形成する。そのため、それぞれ次の支線ペアがまとめられている
：ａ１とａ２、ｂ１とｂ２、…、 ｈ１とｈ２、ｉ１とｉ２。アレイ１の支線ａ
１、…ｉ２の配線１０の配置は、図４で、支線の参照記号を用いて示されている
が、ここでは支線そのものは示されていない。
【００２２】 図５は、ミニモジュール３の構成を示す。本実施形態では、それぞれ１０個の
太陽電池７が、太陽電池コネクタ１３を介して一つのミニモジュールに溶着され
ると共に、一つの共通のカバーガラスに貼り付けられている。太陽電池７は、ミ
ニモジュール３の中で、並行した２つの列に配置され、それぞれの列は直列に接
続された５個の太陽電池で構成されている。両方の列の端部は、接点１４に接続
されている。接点１４は、ミニモジュール３の中で、両列の並列接続ができるよ
うに設計されている。太陽発電機の他の電気的な設計では、接点は直列接続のみ
のためだけに用いることもできる。
太陽電池７が、太陽電池コネクタ１３を介して一つのミニモジュールに溶着され
ると共に、一つの共通のカバーガラスに貼り付けられている。太陽電池７は、ミ
ニモジュール３の中で、並行した２つの列に配置され、それぞれの列は直列に接
続された５個の太陽電池で構成されている。両方の列の端部は、接点１４に接続
されている。接点１４は、ミニモジュール３の中で、両列の並列接続ができるよ
うに設計されている。太陽発電機の他の電気的な設計では、接点は直列接続のみ
のためだけに用いることもできる。
【００２３】 接点１４による、隣接するブランケット２の隣接したミニモジュール３間の直
列接続は、図６に示すような公知の方法で実施される。ミニモジュール３の長さ
は、ブランケット２の短いエッジの長さと一致し、その結果、接点１４の接続が
、ヒンジ６の領域で、アレイ１の折り目線において行われる。接点１４は、それ
ぞれ折り目線から突き出ているため、二つの接点１４を溶着する場合、図６から
分かるように、溶着された接点１４からアーチ型の曲げ形状が形成される。この
曲げ形状は、アレイを折畳む際に、接点１４に全く機械的な荷重を作用させない
という長所がある。
列接続は、図６に示すような公知の方法で実施される。ミニモジュール３の長さ
は、ブランケット２の短いエッジの長さと一致し、その結果、接点１４の接続が
、ヒンジ６の領域で、アレイ１の折り目線において行われる。接点１４は、それ
ぞれ折り目線から突き出ているため、二つの接点１４を溶着する場合、図６から
分かるように、溶着された接点１４からアーチ型の曲げ形状が形成される。この
曲げ形状は、アレイを折畳む際に、接点１４に全く機械的な荷重を作用させない
という長所がある。
【図１】 アレイの全体図である。
【図２】 アレイの太陽電池直列接続の概略図である。
【図３】 内側電流伝導路システムを備えたアレイのブランケットを示す図である。
【図４】 外側電流伝導路システムを備えたアレイのブランケットを示す図である。
【図５】 アレイの太陽電池ミニモジュールを示す図である。
【図６】 互いに隣接するブランケット間におけるヒンジ及び電気接続を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 集積化された電流伝導路システムを備えた折畳み可能な少な
くとも一つのアレイを備え、該アレイが太陽電池を備えた可撓性を有する複数の
ブランケットを備え、個々のブランケットがアレイの展開方向に垂直にヒンジに
よって連結され、太陽電池がアレイ上で複数の電気的な並列接続及び直列接続で
配置された、宇宙飛行体用の太陽発電機において、 前記電流伝導路システムは、内側電流伝導路システム(４)と外側電流伝導路シ
ステム(５)とから構成され、電流伝導路システム(４，５)が、太陽電池を支える
ブランケット(２)の外側に配置されており、前記並列接続が蛇行型に形成されて
おり、前記太陽電池（７）の直列接続(８)がＵ型に形成されており、アレイ(１)
全体を展開方向に横切って延び、宇宙飛行体から外側の遠い位置で、電気的に直
列に接続された太陽電池(７)の２つの支線（ａ１、…、ｉ２）の端部が、外側電
流伝導路システム(５)の配線（１０）を介して直列に接続され、アレイ(１)の内
側の端部において、直列接続(８)の端部が、内側電流伝導路システム(４)の配線
（９）を介して、宇宙飛行体のエネルギー処理システムへ導かれることを特徴と
する宇宙飛行体用の太陽発電機。 - 【請求項２】 内側及び外側の電流伝導路システム(４，５)が、可撓性ブラ
ンケット上で、電気的な平面導体を集積化することにより形成されていることを
特徴とする請求項１記載の太陽発電機。 - 【請求項３】 アレイ（１）の上では２つの隣接した支線ペア（ｄ１とｅ２
及びｄ２とｅ１）間でのみ最大電位差が生じるように、直列接続(８)のための支
線(ａ１、…、ｉ２)が選択されることを特徴とする請求項１または２記載の太陽
発電機。 - 【請求項４】 太陽電池(７)を備えたブランケット(２)は、電気的な平面導
体の集積化によって形成された電流伝導路システムを備えていないことを特徴と
する請求項１記載の太陽発電機。 - 【請求項５】 請求項１によって接続された複数のアレイが、組み合わされ
て太陽電池翼を構成することを特徴とする請求項１記載の太陽発電機。
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