CN101561275B - 利用电磁和电荷弛豫工作的悬浮转子微陀螺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电磁和电荷弛豫工作的悬浮转子微陀螺，用于卫星，汽车等导航控制领域。本发明由上下定子、微转子、周边结构构成一个笼式结构。定子包括旋转驱动电极、轴向悬浮检测电极、第一个悬浮稳定线圈、第二个悬浮稳定线圈，定子固联在衬底上。微转子在电磁力的作用下悬浮在定子之间，微转子成圆环形，圆环内外侧均布置有周围结构，周围结构主要是径向悬浮电极和径向悬浮检测电极。本发明结构简单，提出电磁悬浮电荷弛豫旋转结构，通过轴向设置内外两层悬浮稳定线圈，可以实现转子自稳悬浮，轴向和径向悬浮检测电极可进一步增强悬浮刚度及实现位置检测。具有尺寸小，重量轻，成本低，精度高，低功耗的特点。

Description

利用电磁和电荷弛豫工作的悬浮转子微陀螺

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术(MEMS)领域的微陀螺，具体地说，涉及的是一种利用电磁和电荷弛豫工作的悬浮转子微陀螺仪。

背景技术

MEMS器件具有微小化、低成本、低能耗、可批量化的特点，近年来，各国的学者、工程师尝试设计和制造悬浮转子MEMS微陀螺。在过去的二十多年的时间里，国内外应用硅的表面微细加工技术或者体微细加工技术加工出了很多种振动陀螺，但由于种种原因微振动陀螺很难达到传统陀螺的高精度。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利号为：200410018015.7，名称为：利用静电和电荷驰豫工作的悬浮转子MEMS微陀螺。该陀螺提出了静电悬浮转子结构和利用电荷弛豫驱动转子旋转结构。根据上下定子电容检测获得转子的轴向位置，通过轴向悬浮电极上施加电压，利用上下定子轴向悬浮电极和转子之间的静电力实现转子的轴向悬浮；同时，在定子旋转电极上施加时序电压，利用异步电动机原理使转子发生旋转。其不足之处为：静电悬浮不能自稳控制，需要复杂的多路解耦控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种利用电磁悬浮和电荷弛豫驱动旋转工作的悬浮转子微陀螺，能自稳控制，且有侧向稳定电极。利用电荷弛豫使转子恒高速转动，转子为圆环状，不需要设置电极，加工便利，结构和控制简单；通过设置双重悬浮稳定线圈实现微转子自稳悬浮，径向悬浮检测电极进一步增强了微转子的径向稳定悬浮刚度，轴向悬浮检测电极进一步增强了微转子的轴向稳定悬浮刚度。解决了背景技术中不能自稳悬浮的不足。

本发明通过以下技术方案来实现的，本发明包括：上定子、上定子、周边结构、微转子，上定子、上定子上下设置，上定子、上定子和周边结构相连构成一个笼式结构，周边结构设置在微转子周围，微转子置于笼式结构中间。

所述的上定子包括：上定子旋转电极、第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈、上定子轴向悬浮检测电极和公共电极，上定子从内到外，依次是：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、上定子旋转电极、公共电极、上定子轴向悬浮检测电极、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈，其中：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈，第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈共同构成悬浮稳定线圈，且分别为带开口的圆形铜线圈，彼此之间不连接，均在以上定子中心为圆心的圆上，每一个旋转电极都成扇形，均匀的分布在以上定子的圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以上定子的圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，公共电极是一个连续的导电圆环，旋转电极的最小内径大于微转子的最小内径，而旋转电极圆环的最大外径小于微转子的最大外径，第一个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的内径，第一个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的内径，第二个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的外径，第二个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的外径；上定子和下定子结构相同，垂直对应。

定子的功能有两个，一是旋转功能，在其表面形成旋转电压行波，在转子的电荷弛豫层感应出滞后的电压行波，从而带动转子高速旋转；一是实现自稳悬浮、位置检测和加矩稳定，而轴向悬浮检测电极进一步增强了微转子的轴向悬浮刚度。周边结构的功能是实现径向电容检测，并进一步增强径向悬浮刚度。

所述的微转子是五层圆环结构，分别为环形转子上表面电荷弛豫层、环形转子下表面电荷弛豫层，上绝缘层、下绝缘层，支撑层，支撑层位于中间，上表面电荷弛豫层、环形转子下表面电荷弛豫层分别通过上绝缘层、下绝缘层与支撑层相连。

所述的微转子上表面电荷弛豫层、转子下表面电荷弛豫层采用注硼掺杂多晶硅材料，上绝缘层、下绝缘层采用SiO₂材料，支撑层采用Si材料。

所述的周边结构是一个圆环式结构，包括外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极，同一径向的外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极位于以平衡位置时转子中心为圆心的同一扇形区内。径向悬浮检测电极分别位于微转子的圆环内侧和外侧，外围径向悬浮检测电极有八个电极组成，内围径向悬浮检测电极有八个电极组成。这八个电极分别可以实现增强径向悬浮刚度和径向检测的功能。为了保证整个器件的性能，可采用真空封装。

本发明不仅具有能够自稳的设置：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈和环形转子，而且具有轴向和径向两个悬浮设置，多个悬浮设置可以相互补充，提高陀螺整体悬浮刚度和效果。

本发明转子悬浮：第一个悬浮线圈外圈、第一个悬浮线圈内圈、第二个悬浮线圈外圈、第二个悬浮线圈内圈与转子构成一个稳定悬浮系统。通过在四个线圈上同时施加特定的交流电产生出磁场，与环形转子交互作用，才能实现自稳悬浮。具体为：在第一个悬浮稳定线圈内圈上加交流电，在第一个悬浮稳定线圈外圈上加相同频率、幅值相等、相位相差180度的交流电；在第二个悬浮稳定线圈内圈上施加交流电，在第二个悬浮稳定线圈内圈上加相同频率，幅值相等，相位相差180度的交流电，即实现转子稳定悬浮。根据电磁场效应，在微转子上感应出的电磁力使得微转子得以悬浮。通过设置径向悬浮检测电极进一步增强了环形转子的径向悬浮刚度，通过设置轴向悬浮检测电极进一步增强环形微转子轴向悬浮刚度，当转子发生径向偏移时，在径向电极对上施加电压实现悬浮。

本发明转子旋转：在定子旋转电极上施加时序电压脉冲，在定子表面形成旋转电压行波，由于电荷弛豫作用，在转子上感应出滞后的电压行波，进而带动转子恒高速转动。属于异步电动机工作原理，不需要位置检测和反馈回路。

本发明位置检测：径向位置是通过提取径向悬浮检测电极和环形转子之间的电容值来实现的。轴向位置检测是通过提取上下定子轴向悬浮检测电极与环形转子之间的电容值来实现的。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：结构简单，利用电荷弛豫原理，通过定子表面旋转电压行波，在转子感应出滞后的电压行波，进而带动转子恒高速转动，不需要转速检测即可实现转子高速转动。通过双重悬浮线圈实现环形转子的自稳定悬浮。径向悬浮检测电极进一步增强了微转子的径向稳定悬浮刚度，轴向悬浮检测电极进一步增强了微转子的轴向稳定悬浮刚度。整个器件采用MEMS微加工技术制成，易于实施。具有尺寸小，重量轻，成本低，精度高，低功耗的特点。

附图说明

图1本发明总体结构示意图；

图2本发明上定子结构示意图；

图3本发明周边结构示意图；

图4本发明转子结构示意图；

图5本发明下定子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做详细的说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围并不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例包括：上定子1、下定子4、周边结构2、微转子3，上定子1、下定子4上下设置，上定子1、下定子4和周边结构2相连构成一个笼式结构，周边结构2设置在微转子3周围，微转子3置于笼式结构中间，上定子包括上定子旋转电极、上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7、上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈5、上定子轴向悬浮检测电极和上定子公共电极9，

上定子1从内到外，依次是：上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7、上定子轴向悬浮检测电极、上定子公共电极9、上定子旋转电极、上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈5，上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7，上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6、下定子第二个悬浮稳定线圈外圈5共同构成上定子悬浮稳定线圈，且分别为带开口的圆形铜线圈，彼此之间不连接，均在以上定子1中心为圆心的圆上，每一个上定子旋转电极都成扇形，均匀的分布在以下定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，以某一块为起始设为A相，则按顺时针方向与之相邻的旋转电极为B、C，接着继续以“A、B、C″循环，上定子轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以上定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，上定子公共电极9是一个连续的导电圆环，上定子旋转电极的最小内径大于微转子3的最小内径，而上定子旋转电极圆环的最大外径小于微转子3的最大外径，上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8的内径小于微转子的内径，上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7的外径大于微转子3的内径，上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6的内径小于微转子3的外径，上定子第二个悬浮稳定线圈外圈5的外径大于微转子3的外径，上定子1和下定子4结构相同，垂直对应。

如图2所示，上定子1的旋转电极是包括：上定子第一旋转电极18、上定子第二旋转电极19、上定子第三旋转电极20、上定子第四旋转电极21、上定子第五旋转电极22、上定子第六旋转电极23、上定子第七旋转电极24、上定子第八旋转电极25、上定子第九旋转电极26、上定子第十旋转电极27、上定子第十一旋转电极28、上定子第十二旋转电极29，每一个上定子旋转电极都成扇形，均匀的分布在以上定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，以某一块为起始设为A相，则按顺时针方向与之相邻的旋转电极为B、C，接着继续以“A、B、C″循环；上定子旋转电极的最小内径大于微转子3的最小内径，而上定子旋转电极圆环的最大外径小于微转子3的最大外径。

上定子轴向悬浮检测电极包括：上定子轴向第一悬浮检测电极10、上定子轴向第二悬浮检测电极11、上定子轴向第三悬浮检测电极12、上定子轴向第四悬浮检测电极13、上定子轴向第五悬浮检测电极14、上定子轴向第六悬浮检测电极15、上定子轴向第七悬浮检测电极16、上定子轴向第八悬浮检测电极17，上定子轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以上定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等。

如图5所示，下定子4是由下定子第一旋转电极64、下定子第二旋转电极65、下定子第三旋转电极66、下定子第四旋转电极67、下定子第五旋转电极68、下定子第六旋转电极69、下定子第七旋转电极70、下定子第八旋转电极71、下定子第九旋转电极72、下定子第十旋转电极73、下定子第十一旋转电极74、下定子第十二旋转电极75，下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54、下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53，下定子第二个悬浮稳定线圈内圈52、下定子第二个悬浮稳定线圈外圈51，下定子第一悬浮检测电极56、下定子轴向第二悬浮检测电极57、下定子轴向第三悬浮检测电极58、下定子轴向第四悬浮检测电极59、下定子轴向第五悬浮检测电极60、下定子轴向第六悬浮检测电极61、下定子轴向第七悬浮检测电极62、下定子轴向第八悬浮检测电极63和下定子公共电极55构成。

他们之间的连接关系是：下定子4从内到外，依次是：下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54、下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53、下定子轴向悬浮检测电极、下定子公共电极55、下定子旋转电极、下定子第二个悬浮稳定线圈内圈52、下定子第二个悬浮稳定线圈内圈51。

下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54、下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53，下定子第二个悬浮稳定线圈内圈52、下定子第二个悬浮稳定线圈外圈51共同构成下定子悬浮稳定线圈，且分别为带开口的圆形铜线圈，彼此之间不连接，均在以下定子中心为圆心的圆上；每一个下定子旋转电极都成扇形，均匀的分布在以下定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，以某一块为起始设为A相，则按顺时针方向与之相邻的旋转电极为B、C，接着继续以“A、B、C″循环；下定子轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以下定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等；下定子公共电极55是一个连续的导电圆环；下定子旋转电极的最小内径大于微转子3的最小内径，而下定子旋转电极圆环的最大外径小于微转子3的最大外径。下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54的内径小于微转子的内径，下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53的外径大于微转子3的内径；下定子第二个悬浮稳定线圈内圈52的内径小于微转子3的外径，下定子第二个悬浮稳定线圈外圈51的外径大于微转子3的外径。

假设参考坐标系如下：x轴平行于以上定子第二轴向悬浮检测电极11和上定子第三轴向悬浮检测电极12的中线，y轴平行于以上定子第四轴向悬浮稳定电极13和上定子第五轴向悬浮稳定电极14的中线，z轴垂直于x和y轴。原点是当环形转子位于平衡位置时的几何中心点。

上定子1结构和下定子4结构在空间上是垂直对应的，即上定子1结构沿z轴在下定子4上的投影是重合的。具体为：上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7沿z轴在下定子4上的投影与下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53是重合的，上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8沿z轴在下定子上的投影与下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54是重合的。依次类推，上定子1其他结构沿z轴在下定子4上的投影与下定子4其他结构是重合的。

如图4所示，微转子3是五层圆环结构，分别为环形转子上表面电荷弛豫层46、环形转子下表面电荷弛豫层50，上绝缘层48、下绝缘层49，支撑层47，支撑层47位于中间，上表面电荷弛豫层46、环形转子下表面电荷弛豫层50分别通过上绝缘层48、下绝缘层49与支撑层47相连。

微转子上表面电荷弛豫层46、转子下表面电荷弛豫层50采用注硼掺杂多晶硅材料，上绝缘层48、下绝缘层49采用SiO₂材料，支撑层47采用Si材料。

如图3所示，周边结构2是一个圆环式结构，包括外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极，同一径向的外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极位于以平衡位置时转子中心为圆心的同一扇形区内。

外围径向悬浮检测电极包括：外围第一径向悬浮检测电极30、外围第二径向悬浮检测电极31、外围第三径向悬浮检测电极32、外围第四径向悬浮检测电极33、外围第五径向悬浮检测电极34、外围第六径向悬浮检测电极35、外围第七径向悬浮检测电极36、外围第八径向悬浮检测电极37：内围径向悬浮检测电极包括：内围第一径向悬浮检测电极45、内围第二径向悬浮检测电极38、内围第三径向悬浮检测电极39、内围第四径向悬浮检测电极40、内围第五径向悬浮检测电极41、内围第六径向悬浮检测电极42、内围第七径向悬浮检测电极43、内围第八径向悬浮检测电极44。这些径向悬浮检测电极可以进一步增强径向的悬浮刚度、实现电容检测。

自稳悬浮技术是本发明的关键技术。上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7，上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈5组成上定子自稳悬浮稳定线圈。该陀螺工作时，在上定子第一个悬浮稳定线圈内圈8、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈7上通幅值相同，频率相等，相位相差180度的交流电，同时在上定子第二个悬浮稳定线圈内圈6、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈5上通幅值相同，频率相等，相位相差180度的交流电；在下定子第一个悬浮稳定线圈内圈54、下定子第一个悬浮稳定线圈外圈53上通幅值相同，频率相等，相位相差180度的交流电，同时在下定子第二个悬浮稳定线圈内圈52、下定子第二个悬浮稳定线圈外圈51上通幅值相同，频率相等，相位相差180度的交流电。根据电磁场理论，处于线圈中的微转子3会受到感应电磁力的作用，最终得到稳定的悬浮。另外，轴向悬浮检测电极可进一步增强了本发明的轴向悬浮刚度。

径向悬浮通过径向悬浮检测电极来实现。当转子发生径向偏移时，在相应的径向电极上施加直流电压可进一步增强径向悬浮刚度，具体为：若环形转子沿x轴正向移动，即当环形转子朝向内围第一径向悬浮检测电极45和内围第二径向悬浮检测电极38方向运动时，则在外围第一径向悬浮检测电极30、外围第二径向悬浮检测电极31上施加幅值相等，极性相反的直流电压，在内围第五径向悬浮检测电极41、内围第六径向悬浮检测电极42也施加幅值相等，极性相反的直流电压，即可把转子拉回到平衡位置。转子沿x轴负向发生移动，可依此类推；若环形转子沿y轴正向发生移动，即当环形转子朝向内围第三径向悬浮检测电极39和内围第四径向悬浮检测电极40方向运动时，则在外围第三径向悬浮检测电极32、外围第四径向悬浮检测电极33上施加幅值相等，极性相反的直流电压，在内围第七径向悬浮检测电极43、内围第八径向悬浮检测电极44也施加幅值相等，极性相反的直流电压，即可把转子拉回到平衡位置。转子沿y轴负向发生移动，可依此类推。

本陀螺的旋转是通过电荷弛豫作用实现的。在定子旋转电极上施加时序电压脉冲，在定子表面形成旋转电压行波，由于电荷弛豫作用，在转子上感应出滞后的电压行波，进而带动转子恒高速转动，不需要位置检测和反馈回路。

本陀螺工作时，其位置检测是这样完成的：

(1)当用于检测竖直方向z轴环形转子的位移信号时，若转子向上或向下平移，给上定子第八轴向悬浮检测电极17、上定子第一轴向悬浮检测电极10施加频率为f1的高频交流电，而在下定子轴向第八悬浮检测电极63、下定子轴向第一悬浮检测电极56施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；上定子第二轴向悬浮检测电极11、上定子第三轴向悬浮检测电极12施加频率为f2的高频交流电，而在下定子轴向第二悬浮检测电极57、下定子轴向第三悬浮检测电极58施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；依此类推，上下定子第四轴向悬浮检测电极、上下定子第五轴向悬浮检测电极施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度频率为f3的高频载波，上下定子第六轴向悬浮检测电极、上下定子第七轴向悬浮检测电极施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度频率为f4的高频载波。再通过定子公共电极板输出差分电容信号，经过电路调理可以检测出环形转子输入的z轴上的位移信号。

(2)当用于检测环形转子绕y轴的位置变化时，给上定子第二轴向悬浮检测电极11、上定子第三轴向悬浮检测电极12施加频率为f2的高频交流电，在下定子第二轴向悬浮检测电极57、下定子第三轴向悬浮检测电极58施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；在上定子第六轴向悬浮检测电极15、上定子第七轴向悬浮检测电极16施加频率为f4的高频交流电，而在下定子第六轴向悬浮检测电极61、下定子第七轴向悬浮检测电极62施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波，通过定子公共电极板输出差分电容信号，经过电路调理可以检测出输入的z轴信号。

(3)当用于检测环形转子绕x轴的位置变化时，给上定子第八轴向悬浮检测电极17、上定子第一轴向悬浮检测电极10施加频率为f1的高频交流电，在下定子第八轴向悬浮检测电极63、下定子第一轴向悬浮检测电极56施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；在上定子第四轴向悬浮检测电极13、上定子第五轴向悬浮检测电极14施加频率为f3的高频交流电，而在下定子第四轴向悬浮检测电极59、下定子第五轴向悬浮检测电极60施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波，通过定子公共电极板输出差分电容信号，经过电路调理可以检测出输入的z轴信号。

(4)当用于检测环形转子沿x轴发生位移时，在外围第一径向悬浮检测电极30、外围第二径向悬浮检测电极31施加高频交流电，而在内围第一径向悬浮检测电极45、内围第二径向悬浮检测电极38施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；外围第五径向悬浮检测电极34、外围第六径向悬浮检测电极35施加高频交流电，而在内围第五径向悬浮检测电极41、内围第六径向悬浮检测电极42施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波，通过定子公共电极板输出差分电容信号，经过电路调理可以检测出输入的x轴信号。转子沿x轴负向发生偏移，依此类推。

(5)当用于检测环形转子沿y轴发生位移时，在外围第三径向悬浮检测电极32、外围第四径向悬浮检测电极33施加高频交流电，而在内围第三径向悬浮检测电极39、内围第四径向悬浮检测电极40施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波；外围第七径向悬浮检测电极36、外围第八径向悬浮检测电极37施加高频交流电，而在内围第七径向悬浮检测电极43、内围第八径向悬浮检测电极44施加相同频率、幅值大小相等、相位差180度的高频交流载波，通过定子公共电极板输出差分电容信号，经过电路调理可以检测出输入的y轴信号。

陀螺仪可敏感二轴角速度。假设该陀螺的转子绕z轴转动的角速度为ω，转动惯量为I，该陀螺以角速度v绕y轴转动，由于陀螺的定轴性，转子将会在x轴向发生偏移，转角为v’，位于上定子1和下定子4上的相应的检测电极通过施加相应的高频载波，就会检测到转子的位置偏移，从而在相应的悬浮电极上施加电压产生再平衡力矩Mx，由再平衡力矩Mx便可得知输入y轴角速度的大小v＝Mx/Iω°陀螺敏感x轴角速度均可依次类推。

陀螺仪也可以敏感三轴向线加速度。当陀螺壳体受到如沿x轴正向的线加速度ax时，转子由于惯性仍然静止，则转子相对定子有沿x轴负向的线位移。经位移检测后，控制电子线路产生控制电压，并加到x轴向布置的径向定子电极上，于是产生x轴负向的静电平衡力Fx使转子回到壳体平衡位置。根据静电平衡力Fx，可求得输入的线加速度ax＝Fm，m为转子的质量。同理，由静电平衡力Fy、Fz可分别求得其它两轴输入的线角速度ay、az。

Claims (3)

1.一种电磁悬浮电荷弛豫驱动微转动陀螺，包括上定子、下定子、周边结构、微转子，上定子、下定子上下设置，上定子、下定子和周边结构相连构成一个笼式结构，周边结构设置在微转子周围，微转子置于笼式结构中间，其特征在于：

上定子包括：上定子旋转电极、第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈、上定子轴向悬浮检测电极和公共电极，上定子从内到外，依次是：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、上定子旋转电极、公共电极、上定子轴向悬浮检测电极、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈，其中：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈，第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈共同构成悬浮稳定线圈，且分别为带开口的圆形铜线圈，彼此之间不连接，均在以上定子中心为圆心的圆上，每一个旋转电极都成扇形，均匀的分布在以上定子的圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，上定子轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以上定子中心圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等，公共电极是一个连续的导电圆环，旋转电极的最小内径大于微转子的最小内径，而旋转电极圆环的最大外径小于微转子的最大外径，第一个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的内径，第一个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的内径，第二个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的外径，第二个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的外径；

所述上定子和下定子结构相同，垂直对应；

所述的周边结构是一个圆环式结构，包括外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极，同一径向的外围径向悬浮检测电极和内围径向悬浮检测电极位于以平衡位置时转子中心为圆心的同一扇形区内。

2.根据权利要求1所述的电磁悬浮电荷弛豫驱动微转动陀螺，其特征是，所述的微转子是五层圆环结构，分别为环形转子上表面电荷弛豫层、环形转子下表面电荷弛豫层，上绝缘层、下绝缘层，支撑层，支撑层位于中间，环形转子上表面电荷弛豫层、环形转子下表面电荷弛豫层分别通过上绝缘层、下绝缘层与支撑层相连。

3.根据权利要求2所述的电磁悬浮电荷弛豫驱动微转动陀螺，其特征是，所述的环形转子上表面电荷弛豫层、环形转子下表面电荷弛豫层采用注硼掺杂多晶硅材料，上绝缘层、下绝缘层采用SiO₂材料，支撑层采用Si材料。

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