CN103557852B - 一种球碟转子式微机械陀螺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种球碟转子式微机械陀螺。所述陀螺转子和球形轴承一体化加工或紧密装配成型，球形轴承通过润滑油层与带有凹球面的壳体转动连接，定子采用硅钢片卡在带有凹球面的壳体的边缘且与带有凹球面的壳体的外壁紧密相连，八个检测电极分别通过上绝缘层和下绝缘层与带有凹球面的壳体相连，六个定子上分别缠绕有驱动线圈，每个驱动线圈的匝数完全相同，定子位于陀螺转子的外部且与陀螺转子在同一平面。本发明腔体采用机械冲压的方式即可完成制做，陀螺球碟转子采用一体化加工或装配形成，转子转动时由于球形轴承充分润滑可以减小阻力，转子的运动速度快，稳定性高，并且陀螺球碟转子采用球形轴承其偏转阻尼力矩很小，因此具有较高的精度。

Description

一种球碟转子式微机械陀螺
技术领域
本发明涉及一种球碟转子式微机械陀螺，属于机械陀螺技术领域。
背景技术
陀螺是一种测量物体相对于惯性空间角度或速率的传感装置。MEMS微陀螺是MEMS技术和惯性技术相结合的产物，是未来陀螺技术的主要发展方向之一。MEMS微陀螺具有体积小、重量轻、功耗低、抗冲击、能适用于较为恶劣的环境条件等优点，已经成为航空、航天、微小型武器装备等领域导航、制导、控制系统中重要的核心器件。
当前微陀螺主要采用振动式结构，振动式陀螺通常采用静电或电磁力驱动，使活动质量块闭环谐振在机械敏感结构的谐振频率上，从而使振动质量块有最大位移和最大振动速度，进而获取微机械陀螺的最大信噪比，然而由于微陀螺振动结构小、速度受限，致使微陀螺灵敏度低、长期稳定性差。其次，由于角速度引起的电荷变化极其微弱，受信号拾取电路与敏感结构之间极限噪声优化参数的限制，使微陀螺的信噪比很难有较大突破。此外，敏感结构的工艺偏差使得机械耦合（正交耦合、寄生哥氏力）非常严重，振动式陀螺的工作原理和加工工艺严重制约着性能的提高。近些年来，人们将注意力放到了悬浮转子微陀螺中。利用电磁力或静电力使转子悬浮起来，可以提高微陀螺质量块的运动速度，在理论上，悬浮转子式微陀螺相对于振动式微陀螺具有更大的哥氏力和更高的灵敏度，且可实现双轴角速度和三轴加速度测量。但由于传统的悬浮转子陀螺使用电磁力或静电力使转子悬浮起来，转子的体积小，转子转速和稳定性的受到限制，旋转式微陀螺精度并没有明显的改善。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即由于传统的悬浮转子陀螺使用电磁力或静电力使转子悬浮起来，转子的体积小，转子转速和稳定性的受到限制，旋转式微陀螺精度并没有明显的改善。进而提供一种球碟转子式微机械陀螺。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种球碟转子式微机械陀螺，包括：陀螺转子、六个定子、八个检测电极、带有凹球面的壳体、球形轴承、润滑油层、驱动线圈、上绝缘层和下绝缘层，所述陀螺转子设置在带有凹球面的壳体的内部，陀螺转子和球形轴承一体化加工或紧密装配形成球碟转子，球形轴承通过润滑油层与带有凹球面的壳体转动连接，定子采用硅钢片卡在带有凹球面的壳体的边缘且与带有凹球面的壳体的外壁紧密相连，八个检测电极分别通过上绝缘层和下绝缘层与带有凹球面的壳体相连，六个定子上分别缠绕有驱动线圈，每个驱动线圈的匝数完全相同，定子位于陀螺转子的外部且与陀螺转子在同一平面。
本发明的有益效果：陀螺球碟转子由圆盘与球形轴承构成，一体化加工或紧密装配形成，球形轴承与壳体的凹球面之间充满润滑油。陀螺球碟转子由定子直接驱动，可稳定高速旋转，旋转阻力很小。陀螺球碟转子可小幅度自由偏转，偏转阻力矩很小。球碟转子的偏转量由电容变化量测得。
本发明器件结构及制备工艺简单，腔体采用机械冲压的方式即可完成制做，陀螺球碟转子采用一体化加工或装配形成，转子转动时由于球形轴承充分润滑可以减小阻力，转子的运动速度快，稳定性高，并且陀螺球碟转子采用球形轴承其偏转阻尼力矩很小，因此具有较高的精度。
附图说明
图1为本发明球碟转子式微机械陀螺的俯视结构示意图；
图2为本发明球碟转子式微机械陀螺的侧视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：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，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种球碟转子式微机械陀螺，包括：陀螺转子1、六个定子2、八个检测电极3、带有凹球面的壳体4、球形轴承5、润滑油层6、驱动线圈7、上绝缘层8-1和下绝缘层8-2，所述陀螺转子1设置在带有凹球面的壳体4的内部，陀螺转子1和球形轴承5一体化加工或紧密装配形成球碟转子，球形轴承5通过润滑油层6与带有凹球面的壳体4转动连接，定子2采用硅钢片卡在带有凹球面的壳体4的边缘且与带有凹球面的壳体4的外壁紧密相连，八个检测电极3分别通过上绝缘层8-1和下绝缘层8-2与带有凹球面的壳体4相连，六个定子2上分别缠绕有驱动线圈7，每个驱动线圈7的匝数完全相同，定子2位于陀螺转子1的外部且与陀螺转子1在同一平面。
所述带有凹球面的壳体4由上下两个盖板组成，上、下每个盖板分别按圆周均布有四个检测电极3。
所述球形轴承5采用非磁性材料制成。
本发明制作过程如下：（如图1、2所示）壳体采用机械冲压的方式、六个定子采用模具进行加工，陀螺转子和球形轴承可通过一体直接加工，或通过环形盘与球形轴承分别加工再装配形成；加工完后的壳体和圆环转子采用磨床进行抛光。对陀螺转子采用充磁机进行充磁，使其径向带磁，在定子上缠绕驱动线圈，在壳体的上下盖板上制备绝缘层，在绝缘层上制备一层金属电极，刻蚀出电极结构，然后将上、下盖板、球碟结构采用键合或粘接的方式装配在一起。
在定子的六个线圈上施加六个相位相差90°的驱动信号，则陀螺转子按逆时针方向旋转；当没有外部角速度输入时，陀螺转子平稳旋转，不会发生偏转。因此等效检测电容值不会发生变化，经差分检测输出为零。当存在外部角速度输入时，陀螺转子相对于壳体发生偏转，从而左上侧、右下侧检测电容的极板间距减小，电容值增大；同理，右上侧、左下侧检测电容的极板间距增大，电容值减小。经差分检测，电容变化量对应外加角速度输入。
与传统悬浮陀螺相比较，该陀螺具有结构、工艺简单，转子易于驱动，稳定性好等特点；与振动式微陀螺相比，具有灵敏度高，稳定性好等特点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种球碟转子式微机械陀螺，其特征在于，包括：陀螺转子（1）、六个定子（2）、八个检测电极（3）、带有凹球面的壳体（4）、球形轴承（5）、润滑油层（6）、驱动线圈（7）、上绝缘层（8-1）和下绝缘层（8-2），所述陀螺转子（1）设置在带有凹球面的壳体（4）的内部，陀螺转子（1）和球形轴承（5）一体化加工形成球碟转子，球形轴承（5）通过润滑油层（6）与带有凹球面的壳体（4）转动连接，定子（2）采用硅钢片卡在带有凹球面的壳体（4）的边缘且与带有凹球面的壳体（4）的外壁紧密相连，八个检测电极（3）分别通过上绝缘层（8-1）和下绝缘层（8-2）与带有凹球面的壳体（4）相连，六个定子（2）上分别缠绕有驱动线圈（7），每个驱动线圈（7）的匝数完全相同，定子（2）位于陀螺转子（1）的外部且与陀螺转子（1）在同一平面。
2.根据权利要求1所述的球碟转子式微机械陀螺，其特征在于，所述带有凹球面的壳体（4）由上下两个盖板组成，上、下每个盖板分别按圆周均布有四个检测电极（3）。
3.根据权利要求1所述的球碟转子式微机械陀螺，其特征在于，所述球形轴承（5）采用非磁性材料制成。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5353656A (en) * 1992-08-18 1994-10-11 Satcon Technology Corporation Electrostatically controlled micromechanical gyroscope
CN1477374A (zh) * 2003-07-10 2004-02-25 上海交通大学 磁悬浮转子方位微陀螺
CN101788293A (zh) * 2010-01-25 2010-07-28 哈尔滨工业大学 一种基于超疏水效应的液浮转子式微陀螺
CN101982733A (zh) * 2010-10-15 2011-03-02 哈尔滨工业大学 一种气体润滑驱动二自由度狭缝节流球形陀螺仪
CN102564408A (zh) * 2011-11-25 2012-07-11 哈尔滨工业大学 基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5353656A (en) * 1992-08-18 1994-10-11 Satcon Technology Corporation Electrostatically controlled micromechanical gyroscope
CN1477374A (zh) * 2003-07-10 2004-02-25 上海交通大学 磁悬浮转子方位微陀螺
CN101788293A (zh) * 2010-01-25 2010-07-28 哈尔滨工业大学 一种基于超疏水效应的液浮转子式微陀螺
CN101982733A (zh) * 2010-10-15 2011-03-02 哈尔滨工业大学 一种气体润滑驱动二自由度狭缝节流球形陀螺仪
CN102564408A (zh) * 2011-11-25 2012-07-11 哈尔滨工业大学 基于纳米超疏油效应的液浮转子式微陀螺

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