CN103630127A

CN103630127A - 转速传感器

Info

Publication number: CN103630127A
Application number: CN201310165983.XA
Authority: CN
Inventors: B·库尔曼; R·舍本; D·C·迈泽尔; B·施密特; T·巴尔斯林科
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: US20130298672A1; US9651375B2; ITMI20130672A1; CN103630127B; DE102012207937A1

Abstract

本发明涉及转速传感器，其衬底具有主延伸平面，用于探测围绕或与主延伸平面平行地或垂直地延伸的第一方向的转速，转速传感器具有驱动装置、第一和第二科里奥利质量，第一科里奥利质量的至少一部分和第二科里奥利质量的至少一部分在围绕第一方向的转速的情况下经受与垂直于驱动方向和第一方向延伸的探测方向平行的科里奥利加速度，转速传感器具有第一和第二均衡质量，第一均衡质量通过衬底上的第一连接件具有与第一科里奥利质量的耦合并且第二均衡质量通过衬底上的第二连接件具有与第一科里奥利质量的耦合，第一科里奥利质量的由科里奥利加速度引起的与探测方向平行的偏转导致第一和第二均衡质量的分别反向的偏转。

Description

转速传感器

技术领域

本发明从根据并列权利要求的前序部分所述的转速传感器出发。

背景技术

由现有技术已知了转速传感器。例如由出版文献WO03064975A1公开了一种具有两个振动质量元件的转速传感器。用于测量围绕与传感器的衬底的主延伸平面平行的方向的转速的微机械转速传感器通常借助平面振动的质量实现或作为在平面内转动的质量实现，其在出现围绕与主延伸平面平行的方向的旋转运动的情况下在探测方向上——即与主延伸平面垂直地经受科里奥利力。所述科里奥利力在此或者通过位置反向调节所需的静电反作用力（闭环调节）求得或者例如通过由于至衬底的距离变化引起的容量变化来测量（开环运行）。典型地，这种已知的转速传感器具有两个能够振动的质量（分振动器），其被激励成反平行模式。在存在转速的情况下，通过科里奥利力激励反平行的探测振动，其电容性地进行检测并且借助分析处理电子电路换算成转速。现有技术是，分振动器由驱动振动器和科里奥利振动器构造。驱动振动器仅仅参与驱动振动而不参与探测振动。科里奥利振动器不仅参与驱动振动而且参与探测振动。除科里奥利力以外，对于实际相关的使用情况存在其他的力，传感器或传感器的部件经受所述其他的力并且所述其他的力同样可以引起信号或者可以使分配给科里奥利力的信号失真，尤其是由线性加速度和由旋转加速度引起的惯性力。这些力的出现不利地导致运行中的误差信号，因为例如围绕灵敏轴的转动振动形式的旋转加速度直接导致转速信号。尤其当以驱动转速传感器的频率与科里奥利力同相地进行转动振动时，导致特别大的可干扰性。此外，沿着探测方向的线性加速度还导致分振动器的不期望的偏转。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种转速传感器和一种用于运行转速传感器的方法，其不具有现有技术的缺点并且不仅相对于与探测方向平行的线性加速度而且相对于根据转速传感器的灵敏方向的旋转加速度不灵敏。

根据本发明的根据并列权利要求的转速传感器相对于现有技术具有以下优点：其相对于以关于围绕与第一方向相应的方向（即与转速传感器的灵敏方向或者测量方向相应的那个方向）旋转的旋转加速度的形式以及以与转速传感器的探测方向平行的线性加速度的形式的干扰加速度不灵敏。根据本发明，设有均衡重量，其通过旋转加速度与科里奥利振动器或者与科里奥利质量反向地偏转并且因此基于旋转加速度阻止科里奥利质量的偏转。与摆杆状的耦合元件连接的均衡重量或者均衡质量导致尤其相对于旋转加速度的改善的干扰灵敏度。如此实施均衡重量，使得相反可以检测转速。此外，均衡重量或者均衡质量还如此与科里奥利质量连接，使得在沿着探测方向的线性加速度的情况下还阻止科里奥利质量的偏转。根据本发明，科里奥利质量与均衡质量通过衬底上的连接件如此连接，使得沿着探测方向的线性加速度与沿着转速传感器的灵敏方向的旋转加速度导致惯性力，所述惯性力相同地影响均衡质量与科里奥利质量（或者科里奥利质量的被驱动的部分），从而通过所述摆杆状的耦合恰恰消除力作用。由此，根据本发明实现：转速传感器没有感知到这种旋转加速度或者这种线性加速度。根据本发明的转速传感器的另一优点在于，科里奥利质量与均衡质量通过衬底上的连接件的耦合导致相对于与探测方向平行的线性加速度的改善的稳健性，也就是说，振动器没有沿着探测方向偏转。

优选地，均衡重量的质量和/或惯性力矩与科里奥利元件的质量和/或惯性力矩相协调。在此，可以考虑杠杆比，也就是说，均衡重量与科里奥利元件的重心与摆杆状的耦合元件的旋转点的距离。

根据本发明，或者可以如此构造转速传感器，使得探测围绕与主延伸平面平行地延伸的第一方向的转速（第一实施方式：Ω_y传感器的情况（也就是说转速传感器的情况，其敏感方向是围绕与主延伸平面平行地延伸的第一方向的旋转）或者以90°围绕z方向旋转的Ω_y传感器——即Ω_x传感器的情况）。在这种情况下，存在驱动装置，其与垂直于第一方向延伸的驱动方向平行地（尤其是反向地）驱动第一科里奥利质量和第二科里奥利质量，其中所述驱动方向同样与主延伸平面平行地延伸。然后，探测方向在第一实施方式中与主延伸平面垂直地延伸。在转速传感器的第一实施方式中，根据第一变型方案仅仅可以存在第一科里奥利质量（并且相应地仅仅第一均衡质量与第一连接件）（或者仅仅一个科里奥利质量、一个均衡质量和一个连接件）或者但——根据第二变型方案——不仅存在第一科里奥利质量和第二科里奥利质量、第一均衡质量和第二均衡质量和第一与第二连接件。然而，根据本发明，还可以如此构造转速传感器（第二实施方式：Ω_z传感器的情况），使得第一方向不是与主延伸平面平行地延伸，而是与主延伸平面垂直地延伸。在这种情况下，驱动装置设置用于与平行于主延伸平面延伸的驱动方向平行地驱动第一和第二科里奥利质量，其中随后探测方向同样与主延伸平面平行地但与主驱动方向垂直地延伸。在转速传感器的第二实施方式中，根据第一变型方案仅仅可以存在第一科里奥利质量（并且相应地仅仅第一均衡质量与第一连接件）（或者仅仅一个科里奥利质量、一个均衡质量和一个连接件）或者但——根据第二变型方案——不仅存在第一科里奥利质量和第二科里奥利质量、第一均衡质量和第二均衡质量和第一与第二连接件。按照根据本发明的转速传感器的第三实施方式（Ω_xy传感器的情况），替代通过驱动装置的线性驱动还可以提出，驱动装置配置用于驱动第一科里奥利质量围绕与主延伸平面垂直地延伸的方向旋转振动，其中第一科里奥利质量的分区在围绕第一方向的转速的情况下经受与垂直于第一方向和垂直于主延伸平面地延伸的探测方向平行的科里奥利加速度并且其中第一科里奥利的第二分区在围绕第二方向的转速的情况下经受与探测方向平行的科里奥利加速度。

本发明的构型和扩展方案可由从属权利要求以及参考附图的描述中得出。

根据一种优选的扩展方案、尤其是本发明的第一实施方式提出，第一科里奥利质量具有第一分质量和第二分质量，第二科里奥利质量具有第三分质量和第四分质量，其中驱动装置配置用于与驱动方向平行地驱动第一科里奥利质量的第一分质量和第二科里奥利质量的第三分质量，其中第一科里奥利质量的第一分质量在围绕第一方向的转速的情况下经受与探测方向平行的科里奥利加速度并且在此也使第一科里奥利质量的第二分质量偏转，其中第二科里奥利质量的第三分质量在围绕第一方向的转速的情况下经受与探测方向平行的科里奥利加速度并且在此也使第二科里奥利质量的第四分质量偏转，其中第一均衡质量通过衬底上的第一连接件具有与第一科里奥利质量的第二分质量的耦合并且其中第二均衡质量通过衬底上的第二连接件如此具有与第二科里奥利质量的第四分质量的耦合，使得第一科里奥利质量的第二分质量的和第二科里奥利质量的第四分质量的由科里奥利加速度引起的与探测方向平行的偏转导致第一和第二均衡质量的分别反向的偏转。由此有利地可能的是，第二和第四分质量不参与驱动振动并且（由于其与第一分质量或者第三分质量（科里奥利力作用于第一分质量或者第三分质量）的沿着探测方向的相对刚性或者强的耦合）仅仅执行探测方向上的运动，由此能够实现更好的信号分析处理。

根据另一种优选的扩展方案、尤其是本发明的第一实施方式提出，第一方向与驱动方向与主延伸平面平行地延伸，其中所述驱动装置配置用于与垂直于第一方向延伸的驱动方向平行地驱动第一科里奥利质量与第二科里奥利质量，其中探测方向与主延伸平面垂直地延伸并且其中根据替代实施变型方案在转速传感器的可移动的元件的机械结构方面尤其提出：

-沿着驱动方向，第一科里奥利质量与第二科里奥利质量设置在转速传感器的中央区域中而第一均衡质量与第二均衡质量设置在边缘区域中，其中优选地，第一均衡质量通过两个质量元件构成并且第二均衡质量同样通过两个质量元件构成，或者

-沿着驱动方向，第一均衡质量与第二均衡质量设置在转速传感器的中央区域中而第一科里奥利质量与第二科里奥利质量设置在边缘区域中，或者

-沿着第一方向，第一科里奥利质量与第二科里奥利质量设置在转速传感器的中央区域中而第一均衡质量与第二均衡质量设置在边缘区域中，其中优选地，第一均衡质量通过两个质量元件构成并且第二均衡质量同样通过两个质量元件构成。

由此根据本发明有利地可能的是，在不同的机械结构中实现根据本发明的优点。

根据另一种优选的扩展方案、尤其是根据第二实施方式提出，第一方向与主延伸平面垂直地延伸，其中驱动装置配置用于与垂直于第一方向延伸的驱动方向平行地驱动第一科里奥利质量和第二科里奥利质量，其中在围绕第一方向的转速的情况下，第一科里奥利质量和第二科里奥利质量经受与探测方向平行的科里奥利加速度，其中通过第一连接件和通过第二连接件，第一均衡质量还与第二科里奥利质量耦合并且第二均衡质量还与第一科里奥利质量耦合。由此，根据本发明以有利的方式可能的是，对于Ω_z传感器（即其敏感方向是围绕与主延伸平面垂直的方向的旋转的转速传感器）的情况实现科里奥利质量与均衡质量之间的根据本发明的耦合。在此，这种实施方式以有利的方式表示以下实现：其中转速传感器的构成均衡质量的可移动的结构同时也构成第二与第四分质量的功能，也就是说，构成探测元件的功能，其作为包括不同元件的科里奥利质量的一部分不被迫进行驱动振动，而是仅仅被迫进行与相应探测方向平行的运动。

根据另一个优选的扩展方案、尤其是根据第二实施方式提出，第一方向与主延伸平面垂直地延伸，其中驱动装置配置用于与垂直于第一方向延伸的驱动方向平行地驱动第一科里奥利质量和第二科里奥利质量，其中在围绕第一方向的转速的情况下，第一科里奥利质量和第二科里奥利质量经受与探测方向平行的科里奥利加速度，其中第一科里奥利质量和第二科里奥利质量通过衬底上的第三连接件耦合和/或其中第一均衡质量和第二均衡质量通过衬底上的第四连接件耦合。由此，根据本发明有利地可能的是，通过均衡质量的作用来避免干扰信号。

根据另一种优选的扩展方案、尤其是根据第一、第二或第三实施方式提出：

-第一科里奥利质量以封闭框架的形式设置并且第一均衡质量设置在第一科里奥利质量的框架内并且第二科里奥利质量同样以封闭框架的形式设置并且第二均衡质量设置在第二科里奥利质量的框架内，和/或

-驱动装置配置用于在驱动方向上分别彼此反向地驱动第一科里奥利质量和第二科里奥利质量，或者驱动装置配置用于在驱动方向上分别彼此反向地驱动第一科里奥利质量的第一分质量和第二科里奥利质量的第三分质量，和/或

-驱动装置具有驱动框架，其中驱动框架具有四个角形元件，其在框架的角部内可转动偏转地连接在衬底上，角形元件中的各两个彼此通过U形的弹簧元件彼此连接。

附图说明

在附图中示出并且在后续描述中详细解释本发明的实施例。

图1和图2作为根据现有技术的Ω_y传感器分别示出传统的转速传感器的原理示图，

图3示出本发明的原理示图，

图4至7和21分别示出Ω_y传感器的不同实施变型方案，

图8至13以及22和23分别示出Ω_z传感器的不同实施变型方案，

图14至17示出驱动装置的实施变型方案，

图18示出三轴的转速传感器的实施变型方案，

图19和20分别示出Ω_xy传感器的不同实施变型方案。

在不同的附图中，相同的部分总是设有相同的参考标记并且因此通常也分别仅仅命名和提到一次。

具体实施方式

在图1和2中分别表示传统的、尤其是微机械制造的转速传感器100的原理示图，所述传统的、尤其是微机械制造的转速传感器100被设置用于检测围绕第一方向OR（在Ω_y传感器的图1和2的示例中这相应于y轴）的转速并且在衬底101上实现，所述衬底具有主延伸平面110并且对于传感器或者转速传感器也预给定所述主延伸平面。衬底101与主延伸平面110仅仅在图1中绘出，但在所有图1、2以及4至23中同样存在，因为所有这些附图表示传感器结构的俯视图，也就是说，绘图平面相应于主延伸平面110。这种转速传感器包括两个能够振动的质量（分振动器），其以反平行模式沿着与第一方向OR垂直的驱动方向AR（在图1和2的示例中这相应于x轴）被驱动。在存在转速的情况下，通过科里奥利力激励反平行的探测振动（与探测方向DR平行，所述探测方向不仅与第一方向OR垂直而且与驱动方向AR垂直），所述探测振动被电容式地检测并且借助分析处理电子电路换算成转速。传统上，转速传感器的这种分振动器包括作为驱动装置1的驱动振动器和作为第一科里奥利质量5的科里奥利振动器。另一个分振动器包括第二科里奥利质量5'。驱动装置1与驱动方向AR平行地（并且根据反平行振动模式）驱动第一科里奥利质量5的至少一部分和第二科里奥利质量5'的至少一部分。根据按照图1的实施变型方案，使第一和第二科里奥利质量5、5'完全地不仅在驱动方向AR上而且在探测方向DR上运动，而第一科里奥利质量5根据按照图2的实施变型方案具有第一分质量15和第二分质量9以及第二科里奥利质量5'具有第三分质量15'和第四分质量9'，其中在驱动方向AR上仅仅驱动第一科里奥利质量5的第一分质量15和第二科里奥利质量5'的第三分质量15'，其中第一科里奥利质量5的分质量15在围绕第一方向OR的转速的情况下经受与探测方向DR平行的科里奥利加速度并且在此也使第一科里奥利质量5的第二分质量9偏转，其中第二科里奥利质量5'的第三分质量15'在这种转速的情况下（围绕第一方向OR）经受与探测方向DR平行的科里奥利加速度并且在此也使第二科里奥利质量5'的第四分质量9'偏转。

在根据图1和2的两种实施变型方案中，驱动振动器借助弹簧2通过锚点3锚定在衬底101上。弹簧2是U形的并且沿着x方向（在所述示例中相应于驱动方向AR）是软的。沿着y方向（在所述示例中相应于第一方向OR）弹簧是硬的。沿着z方向（在所述示例中相应于探测方向DR）弹簧同样设计为硬的，其方式是，层厚度比梁宽设置得更大。尤其借助叉指结构（Interdigitalstrukturen）（未示出）以其固有频率静电谐振地驱动所述驱动装置1。箭头4指向驱动运动的方向，其中分振动器——即第一和第二科里奥利质量5、5'彼此相对反相地振动，也就是说，当另一个分振动器至少部分地在正x方向上运动时，一个分振动器至少部分地在负x方向上运动，或者相反。通过耦合弹簧6，第一或第二科里奥利质量5、5'与驱动装置1连接，从而第一和第二科里奥利质量5、5'（或者根据图2，第一和第二科里奥利质量5、5'的第一和第三分质量15、15'）不仅可以执行驱动运动4而且可以执行探测运动。沿着z轴的探测运动基于科里奥利加速度或者科里奥利力实现，所述科里奥利加速度或者科里奥利力由围绕y轴的转速Ω_y和沿着x轴的速度v_x根据F_Coriolis=2*m*v_xXΩ_y得出。借助第一和第二科里奥利质量5、5'之间的耦合结构7，不仅耦合两个分振动器的驱动运动而且耦合两个分振动器的探测运动。探测电极（未示出）例如位于衬底101上第一和第二科里奥利质量5、5'下方。

传统的转速传感器可以由结构决定地具有加速度灵敏度和旋转加速度灵敏度。这意味着，例如以围绕灵敏轴（第一方向OR，在本示例中，y轴）的转动振动形式的旋转加速度直接导致转速信号。尤其当以频率f_A（以所述频率f_A驱动转速传感器）并且与科里奥利力同相地实现转动振动时，导致特别大的可干扰性。围绕第一方向OR（在此，y轴）的旋转加速度同样导致典型地与科里奥利力不可区别的等效的力。此外，沿着探测方向DR的线性加速度（在本示例中，z轴）导致第一和第二科里奥利力质量5、5'的沿着探测方向DR的不期望的偏转。

根据本发明现在提出，对于每个科里奥利质量5、5'存在均衡重量或者均衡质量，也就是说，对于第一科里奥利质量5存在第一均衡质量10并且对于第二科里奥利质量5'存在第二均衡质量10'。这对于静止状态和对于围绕y轴的转速Ω_y在图3的上半部分中示意性地表示，其中绘图平面相应于xz平面（也就是说，驱动方向AR（x方向）和探测方向DR（y方向））并且其中转速Ω_y（由于通过驱动装置1的反向激励）相应于第一和第二科里奥利质量5、5'的反向偏转并且因此（基于以下事实：第一和第二均衡质量10、10'没有经受科里奥利加速度）也相应于第一和第二均衡质量10、10'的反向偏转。科里奥利质量5、5'被驱动沿着驱动方向AR运动，均衡质量10、10'与此相反没有被驱动并且（沿着驱动方向AR）静止。在转速Ω_y的情况下，科里奥利力作用于被驱动的科里奥利质量5、5'（F_cor相应于所描绘的箭头），没有外力作用于未被驱动的（静止的）均衡质量10、10'。均衡质量10、10'仅仅由科里奥利质量5、5'通过第一连接件11和第二连接件11'的摆杆状耦合沿着探测方向DR一起运动，也就是说，在与探测方向DR平行的相反方向上偏转。如果存在围绕y方向（第一方向OR）的旋转加速度或还存在与探测方向DR平行的线性加速度，则由此产生的惯性力相同地作用于所有质量（作用于被驱动的科里奥利质量5、5'，同样作用于静止的均衡质量10、10'），从而通过第一和第二连接件11、11'的摆杆状耦合恰恰取消力作用，这在图3的下半部分（相应于箭头F_dΩy/dt或箭头F_az）中示意性地表示。然后转速传感器在一定程度上感知不到旋转加速度或者线性加速度。此外，根据本发明的通过科里奥利质量与均衡质量之间的摆杆状耦合的在衬底101上的第一和第二连接件根据本发明以有利的方式导致相对于沿着z方向的线性加速度的改善稳健性，也就是说，科里奥利质量不沿着z轴偏转。

根据本发明，如此实施衬底101上的第一和第二连接件11、11'的摆杆状构造，使得如此进行第一科里奥利质量5与第一均衡质量10之间的耦合（或者第二科里奥利质量5'与第二均衡质量10'之间的耦合），使得第一科里奥利质量5沿着探测方向DR的偏转导致第一均衡质量10沿着探测方向DR的反向偏转并且反之亦然（或者第二科里奥利质量5'沿着探测方向DR的偏转导致第二均衡质量10'沿着探测方向DR的反向偏转并且反之亦然）。

因此，根据本发明，与转速（围绕Ω_y方向）相反，围绕灵敏轴（第一方向OR，在本示例中是y轴）的旋转加速度dΩ_y/dt（例如以转动振动的形式）导致：均衡质量10、10'分别与第一和第二科里奥利质量5、5'相比经受同向的力作用（也就是说，第一均衡质量10与第一科里奥利质量5同向并且第二均衡质量与第二科里奥利力5'同向），从而根据本发明防止由旋转加速度引起的科里奥利质量偏转。在与第一连接件11和第二连接件11'的连接中，尤其是以与衬底101的摆杆状耦合的形式，第一和第二均衡质量10、10'导致尤其相对于旋转加速度的改善干扰灵敏度。均衡重量如此实施，使得相反可以检测转速。

在图1、2、4至14以及21至23中分别示出根据本发明的转速传感器的实施变型方案，所述根据本发明的转速传感器不仅具有第一科里奥利质量而且具有第二科里奥利质量。然而替代地，根据本发明还可能的是，设有相应的转速传感器，其中构造有两个分振动器中的仅仅一个（具有第一科里奥利质量、第一均衡质量和第一连接件）并且为了节省空间以及因此降低成本而不存在另一个分振动器。

图4至7和21分别以俯视图示出根据本发明的Ω_y传感器100的不同实施变型方案。在图4中，均衡质量10、10'相对于科里奥利质量5、5'如此设置，使得沿着驱动方向AR第一和第二科里奥利质量5、5'设置在转速传感器的中央区域中而第一和第二均衡质量10、10'设置在边缘区域中。换言之，均衡质量10、10'更远离转速传感器的与y方向平行地延伸的对称轴，也就是说更靠外部或者在边缘区域中。在根据图4的实施例中，第一均衡质量10通过两个单个质量元件构成并且第二均衡质量10'同样通过两个单个质量元件构成，其中两个单个质量元件分别通过驱动梁分离，借助所述驱动梁通过驱动装置1驱动第一和第二科里奥利质量5、5'。在图5中，均衡质量10、10'相对于科里奥利质量5、5'如此设置，使得沿着驱动方向AR第一和第二科里奥利质量5、5'设置在转速传感器的边缘区域中而第一和第二均衡质量10、10'设置在中央区域中。换言之，均衡质量10、10'比科里奥利质量5、5'更靠近转速传感器的与y方向平行地延伸的对称轴，也就是说更靠内或在中央区域中。在图6中，均衡质量10、10'相对于科里奥利质量5、5'如此设置，使得沿着第一方向OR第一和第二科里奥利质量5、5'设置在转速传感器的中央区域中而第一和第二均衡质量10、10'设置在边缘区域中。换言之，均衡质量10、10'更远离转速传感器的与x方向平行地延伸的对称轴，也就是说更靠外或在边缘区域中。在根据图6的实施例中，第一均衡质量10同样通过两个单个质量元件构成并且第二均衡质量10'同样通过两个单个质量元件构成，其中两个单个质量元件分别相对于传感器的与x方向平行地延伸的对称轴对称地设置。在图7中示出根据本发明的Ω_y传感器的一种实施变型方案，其中第一科里奥利质量5以封闭框架的形式设置并且第一均衡质量10设置在第一科里奥利质量5的框架内并且第二科里奥利质量5'同样以封闭框架的形式设置并且第二均衡质量10'设置在第二科里奥利质量5'的框架内。在图21中示出根据本发明的Ω_y传感器的一种实施变型方案，其中第一科里奥利质量5具有第一分质量15和第二分质量9，其中第二科里奥利质量5'具有第三分质量15'和第四分质量9'，其中驱动装置配置用于与驱动方向AR平行地驱动第一科里奥利质量5的第一分质量15和第二科里奥利质量5'的第三分质量15'，其中第一科里奥利质量5的第一分质量15在围绕第一方向OR的转速的情况下经受与探测方向DR（与绘图平面垂直）平行的科里奥利加速度并且在此也使第一科里奥利质量5的第二分质量9偏转，其中第二科里奥利质量5'的第三分质量15'在围绕第一方向OR的转速的情况下经受与探测方向DR平行的科里奥利加速度并且在此也使第二科里奥利质量5'的第四分质量9'偏转，其中第一均衡质量10通过衬底101上的第一连接件11具有与第一科里奥利质量5的第二分质量9的耦合并且其中第二均衡质量10'通过衬底101上的第二连接件11'如此具有与第二科里奥利质量5'的第四分质量9'的耦合，使得第一科里奥利质量5的第二分质量9的与第二科里奥利质量5'的第四分质量9'的由科里奥利加速度引起的与探测方向DR平行的偏转导致第一和第二均衡质量10、10'的分别反向的偏转。在根据图21的所述实施变型方案中示例性地提出，不仅第一分质量15而且第二分质量9框架状地（分别以封闭框架的形式）设置并且第二分质量9设置在第一科里奥利质量5的第一分质量15的框架内以及第一均衡质量10设置在第一科里奥利质量5的第二分质量9的框架内（并且不仅第三分质量15'而且第四分质量9'框架状地（分别以封闭框架的形式）设置并且第四分质量9'设置在第二科里奥利质量5'的第三分质量15'的框架内以及第二均衡质量10'设置在第二科里奥利质量5'的第四分质量9'的框架内）。替代根据图21表示的实施变型方案，根据本发明还可以提出，对于第一科里奥利质量5，第一均衡质量10设置在第二分质量9的侧面旁边（也就是说不在第二分质量9（的框架）内），例如还分成两个单个质量元件（其例如沿着x方向或沿着y方向分别位于第二分质量9的侧面旁边），或者，对于第二科里奥利质量5'，第二均衡质量10'设置在第四分质量9'的侧面旁边（也就是说不在第四分质量9'（的框架）内），例如还分成两个单个质量元件（其例如沿着x方向或沿着y方向分别位于第四分质量9'的侧面旁边）。

根据图4至7以及21的所有附图，根据本发明，在衬底101上第一和第二连接件11、11'的摆杆状构造在衬底101上的连接件与相应的科里奥利质量之间具有弹簧20，其通过梁宽度、梁高度和梁长度的合适选择如此设置，使得允许科里奥利质量沿着x方向（即沿着驱动方向AR）的线性运动并且将科里奥利质量与均衡质量在z方向上（即沿着探测方向DR）的运动彼此耦合。以参考标记21表示的弹簧实现为用于围绕y方向的扭转的扭转弹簧。未示出的电极或者反电极位于结构的下方和/或上方，借助所述未示出的电极或者反电极可以确定转速并且还可以影响能够振动的系统（即科里奥利质量和均衡质量）的特性。未示出的、固定在衬底101上的、用于激励驱动振动的反电极和用于检测驱动振动的电极位于驱动装置1的电极指之间。通过蜿蜒的弹簧元件如此实施摆杆状的第一和第二连接件11、11'，使得仅仅传输第一和第二科里奥利质量5、5'的探测运动到第一和第二均衡质量10、10'而不传输第一和第二科里奥利质量5、5'的驱动运动到第一和第二均衡质量10、10'。

图8至13以及22和23分别以俯视图示出根据本发明的Ω_z传感器100的不同实施变型方案。分别地，第一科里奥利质量5通过第一连接件11与第一均衡质量10耦合并且第二科里奥利质量5'通过第二连接件11'与第二均衡质量10'耦合。在根据图8至13的实施变型方案中，第一均衡质量10和第二均衡质量10'通过经由衬底上的第一和第二连接件11、11'的特殊耦合连接并且与第一和第二科里奥利质量5、5'耦合并且因此同时用作探测元件（或者作为第一科里奥利质量5的第二分质量9或者第二科里奥利质量5'的第四分质量9'）。如此设计第一和第二连接件11、11'，使得优选发生第一科里奥利质量5相对于第一均衡质量10的反平行运动（或者第二科里奥利质量5'相对于第二均衡质量10'的反平行运动）。抑制了由于围绕z方向（第一方向OR）的旋转加速度会发生的干扰性的平行运动。这在根据图8至13的实施变型方案中通过如下方式给出：第一摆杆12与第二摆杆13借助弯曲梁14彼此连接。在图8中和在图13中，为此分别在附图的右部中示例性地示出第一连接件11的两个不同实施变型方案的放大图示。弯曲梁14相对于简单的（U形的）、平的（即在xy平面中或者与衬底101的主延伸平面110平行的）弯曲比相对于双重的（S形的）、平的弯曲更软。由此能够实现两个摆杆12、13的反向运动比同向运动更灵活或者更低频率，并且因此第一和第二科里奥利质量5、5'与第一和第二均衡质量10、10'的反向运动是优选的。后者由科里奥利力激励，第一和第二科里奥利质量5、5'与第一和第二均衡质量10、10'的同向运动通过围绕z方向的旋转加速度或者通过沿着y方向的线性加速度激励。在图9至11中再次说明两个摆杆12、13的同向运动，其中图10表示（同样在图8中以放大形式示出的）静止状态或者平衡状态，而图9至11表示两个（在摆杆12、13或者科里奥利质量5、5'和均衡质量10、10'的分别反向的运动或者偏转的意义上）偏转的状态。在此可以看出，弯曲梁14分别仅仅U形弯曲。均衡质量与科里奥利质量之间通过第一和第二连接件11、11'的摆杆状耦合允许科里奥利质量5、5'在x方向（AR）上的运动，而其不传输到均衡质量10、10'。均衡质量10、10'（具有探测元件——即第一科里奥利质量5的第二分质量9或者第二科里奥利质量5'的第四分质量9'的同时功能）通过科里奥利质量5、5'通过经由第一和第二连接件11、11'的耦合在存在转速Ω_z的情况下反向运动。所有其他摆杆用于抑制干扰性的平行振动模式。在根据图12的转速传感器的实施变型方案中，第一和第二科里奥利质量5、5'通过衬底101上的第三连接件13'彼此耦合并且第一和第二均衡质量10、10'通过衬底101上的第四连接件14'彼此耦合。在图22和23中示出根据本发明的Ω_z传感器的其他实施变型方案，其中示例性地提出，第一科里奥利质量5和第二科里奥利质量5'分别构成三侧环绕（即一侧敞开）的框架（图22），或者第一科里奥利质量5和第二科里奥利质量5'分别框架状地（分别以封闭框架的形式）设置并且第一均衡质量10设置在第一科里奥利质量5的框架内（并且此外第二均衡质量10'设置在第二科里奥利质量5'的框架内）。第一和第二连接件11、11'（或者第二连接件11''）在此如同摆杆或者绕杆（Drehkreuze）那样起作用，所述摆杆或者绕杆的端部在平面内反向振动。

在图14至17中示出驱动装置1的实施变型方案，其中图15至17仅仅示出驱动装置1并且图14附加地示出转速传感器。根据所示实施变型方案的驱动装置1具有驱动框架，其中驱动框架具有四个角形元件50，其在框架的角部中可转动偏转地连接在衬底101上，其中角形元件50中的各两个彼此通过U形的弹簧元件52彼此连接。驱动框架通过四个角形元件50导致干扰性的、平行的驱动模式朝更高频率的频率偏移。在所期望的反平行的驱动模式中，科里奥利质量5、5'沿着x轴（驱动方向AR）反相地朝向彼此地振动或远离彼此地振动。根据图14至17的驱动框架可以可选地添加到本发明的所有变型方案中。在图15至17中再次说明科里奥利质量5、5'的反向的（即反平行的）运动，其中图16表示（同样在图14中以放大形式示出的）静止状态或者平衡状态，而图15和17表示两个（在科里奥利质量5、5'的分别反向的驱动的意义上）偏转的状态。

图18示出三轴或者三通道的、示例性地包括Ω_y传感器和Ω_x传感器（分别在外部）和Ω_z传感器（在中间）的Ω_xyz转速传感器的一种实施变型方案，其中对于所有三个转速传感器设有共同的驱动结构或者驱动装置1。通过去除一个通道还可以实现Ω_xy转速传感器或Ω_xz转速传感器。

在图19和20中分别示出Ω_xy转速传感器100的、即根据本发明的第三实施方式的实施变型方案。图20在此表示以Ω_xyz转速传感器100的形式的实施变型方案。在第三实施方式的两个实施变型方案中，设有悬挂在中央悬挂装置31上的中央转子5，其被（未示出的驱动机构）驱动围绕中心点进行旋转振动30。转子具有科里奥利振动器——即科里奥利质量5（或者“第一”科里奥利质量5）的功能。没有绘出的电极位于转子5的下方和/或上方，用于检测转子5的偏转，所述转子的偏转用作沿着z方向——更确切地说不仅用于围绕第一方向OR的转速而且用于围绕第二方向2R的转速起作用的科里奥利加速度的度量，所述第一方向OR和所述第二方向2R均与主延伸平面110平行地延伸并且彼此垂直。相应地，根据图19和20的转速传感器用于探测第一转速（围绕与主延伸平面110平行地延伸的第一方向OR）以及用于探测第二转速（围绕与主延伸平面110平行地延伸的第二方向2R）。转速传感器具有驱动装置（未示出）和（第一）科里奥利质量5，其中驱动装置配置用于驱动第一科里奥利质量5围绕与主延伸平面110垂直地延伸的方向进行旋转振动30，其中第一科里奥利质量5的第一分区50在围绕第一方向OR的转速的情况下经受与探测方向DR平行的科里奥利加速度，其中第一科里奥利5的第二分区51在围绕第二方向2R的转速的情况下经受同样与探测方向DR平行的科里奥利加速度。根据本发明，根据第三实施方式的两个实施变型方案的转速传感器具有第一均衡质量10和第二均衡质量10'，其中第一均衡质量10通过衬底101上的第一连接件11具有与第一科里奥利质量5的第一分区50的耦合并且其中第二均衡质量10'通过衬底101上的第二连接件11'如此具有与第一科里奥利质量5的第二分区51的耦合，使得第一科里奥利质量5的第一分区50的由科里奥利加速度引起的与探测方向DR平行的偏转导致第一均衡质量10的反向偏转并且使得第一科里奥利质量5的第二分区51的由科里奥利加速度引起的与探测方向DR平行的偏转导致第二均衡质量10'的反向偏转。相对于根据图19的实施变型方案，在根据图20的实施变型方案中存在附加的科里奥利质量40，借助其可探测围绕z方向的转速（即用于探测围绕与z方向平行地延伸的第三方向3R的第三转速）并且切向参与驱动运动并且通过转速径向偏转，其中根据未示出的实施变型方案的附加的科里奥利质量40同样可以与均衡质量（通过附加的（同样未示出的）连接件）耦合。科里奥利质量40具有栅状构造的电极，借助所述电极通过未绘出的、锚定在衬底上的反电极检测科里奥利加速度。

Claims

1.一种转速传感器（100），其具有衬底（101），所述衬底具有主延伸平面（110），所述转速传感器用于探测围绕或者与所述主延伸平面（110）平行地或者与所述主延伸平面（110）垂直地延伸的第一方向（OR）的转速，其中，所述转速传感器（100）具有驱动装置（1）、第一科里奥利质量（5），其中，所述驱动装置（1）配置用于与垂直于所述第一方向（OR）延伸的驱动方向（AR）平行地驱动所述第一科里奥利质量（5）的至少一部分，其中，所述第一科里奥利质量（5）的所述至少一部分在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下经受与不仅垂直于所述驱动方向（AR）而且垂直于所述第一方向（OR）延伸的探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其特征在于，所述转速传感器（100）具有第一均衡质量（10），其中，所述第一均衡质量（10）通过所述衬底（101）上的第一连接件（101）如此具有与所述第一科里奥利质量（5）的耦合，使得所述第一科里奥利质量（5）的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第一均衡质量（10）的反向偏转。

2.根据权利要求1所述的转速传感器（100），其特征在于，所述第一科里奥利质量（5）具有第一分质量（15）和第二分质量（9），其中，所述驱动装置（1）配置用于与所述驱动方向（AR）平行地驱动所述第一科里奥利质量（5）的第一分质量（15），其中，所述第一科里奥利质量（5）的第一分质量（15）在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度并且在此也使所述第一科里奥利质量（5）的第二分质量（9）偏转，其中，所述第一均衡质量（10）通过所述衬底上（101）的所述第一连接件（11）如此具有与所述第一科里奥利质量（5）的第二分质量（9）的耦合，使得所述第一科里奥利质量（5）的第二分质量（9）的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第一均衡质量（10）的反向偏转。

3.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器（100），其特征在于，所述第一方向（OR）和所述驱动方向（AR）与所述主延伸平面（110）平行地延伸，其中，所述驱动装置（1）配置用于与垂直于所述第一方向（OR）延伸的驱动方向（AR）平行地驱动所述第一科里奥利质量（5），其中，所述探测方向（DR）与所述主延伸平面（110）垂直地延伸。

4.根据权利要求3所述的转速传感器（100），其特征在于，替代地，

-沿着所述驱动方向（AR），所述第一科里奥利质量（5）设置在所述转速传感器的中央区域中而所述第一均衡质量（10）设置在所述边缘区域中，其中，优选地，所述第一均衡质量（10）通过两个质量元件构成，

或者

-沿着所述驱动方向（AR），所述第一均衡质量（10）设置在所述转速传感器的中央区域中而所述第一科里奥利质量（5）设置在所述边缘区域中，

或者

-沿着所述第一方向（OR），所述第一科里奥利质量（5）设置在所述转速传感器的中央区域中而所述第一均衡质量（10）设置在所述边缘区域中，其中，优选地，所述第一均衡质量（9）通过两个质量元件构成。

5.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器（100），其特征在于，所述第一科里奥利质量（5）以封闭框架的形式构造并且所述第一均衡质量（10）设置在所述第一科里奥利质量（5）的框架内。

6.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器，其特征在于，所述转速传感器（100）具有第二科里奥利质量（5'），其中，所述驱动装置（1）配置用于也至少与所述驱动方向（AR）平行地驱动所述第二科里奥利质量（5'）的至少一部分，其中，所述第二科里奥利质量（5'）的所述至少一部分在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其中，所述转速传感器（100）具有第二均衡质量（10'），其中，所述第二均衡质量（10'）通过所述衬底（101）上的第二连接件（11'）如此具有与所述第二科里奥利质量（5'）的耦合，使得所述第二科里奥利质量（5'）的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第二均衡质量（10'）的反向偏转。

7.根据权利要求6所述的转速传感器，其特征在于，所述第二科里奥利质量（5'）具有第三分质量（15'）和第四分质量（9'），其中，所述驱动装置（1）配置用于与所述驱动方向（AR）平行地驱动所述第二科里奥利质量（5'）的第三分质量（15'），其中，所述第二科里奥利质量（5'）的第三分质量（15'）在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度并且在此也使所述第二科里奥利质量（5'）的第四分质量（9'）偏转，其中，所述第二均衡质量（10'）通过所述衬底（101）上的第二连接件（11'）如此具有与所述第二科里奥利质量（5'）的第四分质量（9'）的耦合，使得所述第二科里奥利质量（5'）的第四分质量（9'）的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第二均衡质量（10'）的反向偏转。

8.根据权利要求6或7所述的转速传感器（100），其特征在于，所述第一方向（OR）与所述主延伸平面（110）垂直地延伸，其中，所述驱动装置（1）配置用于与所述垂直于所述第一方向（OR）延伸的驱动方向（AR）平行地驱动所述第一科里奥利质量（5）和所述第二科里奥利质量（5'），其中，在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下，所述第一科里奥利质量（5）和所述第二科里奥利质量（5'）经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其中，通过所述第一连接件（11）和所述第二连接件（11'），所述第一均衡质量（10）还与所述第二科里奥利质量（5'）耦合，并且所述第二均衡质量（10'）还与所述第一科里奥利质量（5）耦合。

9.根据权利要求1或8所述的转速传感器（100），其特征在于，所述第一方向（OR）与所述主延伸平面（110）垂直地延伸，其中，所述驱动装置（1）配置用于与所述垂直于所述第一方向（OR）延伸的驱动方向（AR）平行地驱动所述第一科里奥利质量（5）和所述第二科里奥利质量（5'），其中，在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下，所述第一科里奥利质量（5）和所述第二科里奥利质量（5'）经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其中，所述第一科里奥利质量和所述第二科里奥利质量（5，5'）通过所述衬底（101）上的第三连接件（13'）耦合和/或所述第一均衡质量和所述第二均衡质量（10，10'）通过所述衬底（101）上的第四连接件（14'）耦合。

10.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器（100），其特征在于，所述驱动装置（1）配置用于在驱动方向（AR）上分别彼此反向地驱动所述第一科里奥利质量（5）和所述第二科里奥利质量（5'），或者，所述驱动装置（1）配置用于在驱动方向（AR）上分别彼此反向地驱动所述第一科里奥利质量（5）的第一分质量（15）和所述第二科里奥利质量（5'）的第三分质量（15'）。

11.根据以上权利要求中任一项所述的转速传感器（100），其特征在于，所述驱动装置（1）具有驱动框架，其中，所述驱动框架具有四个角形元件（50），其在框架的角部内能够转动偏转地连接在所述衬底（101）上，其中，所述角形元件（50）中的各两个彼此通过U形的弹簧元件彼此连接。

12.一种转速传感器（100），其具有衬底（101），所述衬底具有主延伸平面（110），所述转速传感器用于探测围绕与所述主延伸平面（110）平行地延伸的第一方向（OR）的第一转速并且用于探测围绕与所述主延伸平面（110）平行地延伸的第二方向（2R）的第二转速，其中，所述第一方向（OR）和所述第二方向（2R）彼此垂直地延伸，其中，所述转速传感器（100）具有驱动装置（1）和第一科里奥利质量（5），其中，所述驱动装置（1）配置用于驱动所述第一科里奥利质量（5）围绕与所述主延伸平面（110）垂直地延伸的方向进行旋转振动，其中，所述第一科里奥利质量（5）的第一分区在围绕所述第一方向（OR）的转速的情况下经受与垂直于所述第一方向（OR）并且垂直于所述主延伸平面（110）延伸的探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其中，所述第一科里奥利（5）的第二分区在围绕所述第二方向（2R）的转速的情况下经受与所述探测方向（DR）平行的科里奥利加速度，其特征在于，所述转速传感器（100）具有第一均衡质量（10）和第二均衡质量（10'），其中，所述第一均衡质量（10）通过所述衬底（101）上的第一连接件（11）具有与所述第一科里奥利质量（5）的第一分区的耦合，其中，所述第二均衡质量（10'）通过所述衬底（101）上的第二连接件（11'）如此具有与所述第一科里奥利质量（5）的第二分区的耦合，使得所述第一科里奥利质量（5）的第一分区的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第一均衡质量（10）的反向偏转并且使得所述第一科里奥利质量（5）的第二分区的由科里奥利加速度引起的与所述探测方向（DR）平行的偏转导致所述第二均衡质量（10'）的反向偏转。

13.根据权利要求12所述的转速传感器（100），其特征在于，所述转速传感器（100）除了用于探测围绕所述第一方向（OR）的第一转速和用于探测围绕所述第二方向（2R）的第二转速以外被构造用于探测围绕与所述主延伸平面（110）垂直地延伸的第三方向（3R）的第三转速，其中，所述转速传感器（100）具有至少一个附加的科里奥利质量（40），其中，所述至少一个附加的科里奥利质量（40）由所述第一科里奥利质量（5）的运动驱动。