CN110998233B - 转速传感器、用于制造转速传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有衬底的转速传感器，其中，所述转速传感器具有关于所述衬底可运动的驱动结构(2)，其中，所述驱动结构(2)借助弹簧组件(10)固定在所述衬底上，其中，所述弹簧组件(10)具有将所述驱动结构(2)与所述衬底连接的第一弹簧部件(20)和将所述驱动结构(2)和所述衬底连接的第二弹簧部件(30)，其中，所述第一弹簧部件(20)和所述第二弹簧部件(30)借助中间件(40)连接，其特征在于，所述中间件(40)具有第一边缘杆(41)和第二边缘杆(42)，其中，在所述第一和第二边缘杆(41、42)之间布置有连接杆组(50)，其中，所述连接杆组(50)的连接杆(51、52、53、54)分别以1°至89°之间的打开角度布置在所述第一和/或第二边缘杆(41、42)上。

Description

转速传感器、用于制造转速传感器的方法
技术领域
本发明从根据本发明的转速传感器出发。
背景技术
通常已知在衬底上的转速传感器。这种转速传感器是特定的微机电系统(MEMS)，利用该特定的微机电系统可以测量转速。这类传感器被用于多种应用方式中。典型地，转速传感器在此具有一个或多个驱动结构。驱动结构能够典型地通过电极、例如借助梳状电极被驱动。为此，弹簧结构/弹簧组件将转速传感器的驱动结构(或驱动框架)与衬底弹动地连接。在此，部分地使用由折叠杆组成的弹簧结构。这种弹簧结构在刚性相等的情况下具有随趋势比简单的杆更小的拉应力。这类弹簧结构被称为U形弹簧。弹簧组件的一个特定实施方式是两个连接的U型弹簧，这两个U型弹簧通过宽的弹簧头部(飞杆)连接。这类弹簧组件也被称为“双折梁悬架”(DFBS)。
然而，在这种已知的弹簧组件，尤其即使在已知的双折梁悬架(DFBS)中不利的是，它们部分地具有与期望的线性回位力较大的偏差，这对转速传感器的性能产生干扰性的影响。
发明内容
本发明的任务是提出一种具有驱动结构的转速传感器，所述驱动结构借助弹簧组件固定在衬底上，所述转速传感器相比于由现有技术已知的转速传感器具有改进的传感器性能。
根据根据本发明的转速传感器相比于由现有技术已知的传感器具有以下优点：根据本发明，通过将一组连接杆布置在第一和第二边缘杆之间能够实现弹簧组件在质量减小的情况下的高稳定性。由此可能的是，在振动期间仅有较小的惯性力作用到弹簧组件上，这对减小驱动振动的非线性产生有利的影响。根据本发明尤其能够减小中间件的重量并从而减小整个弹簧组件的重量。连接杆分别以在连接杆中的各个连接杆和第一和/或第二边缘杆之间的1°至89°之间的打开角度布置在中间件的第一和第二边缘杆之间，这对弹簧组件的重量减小产生有利影响并且同时对机械性能产生积极影响。由此，例如可以实现高稳定性并且同时实现在中间件内部的相对较大的缺口。驱动振动的非线性的减小具有另外的优点：减小局部出现在弹簧结构/弹簧组件上的寄生模式的可激发性，并且减小驱动振动对这些寄生模式的反馈。
在本发明的意义上，打开角度尤其涉及相应更小的角度，所述更小的角度在第一或第二边缘杆与连接杆之间存在于第一或第二边缘杆与连接杆的交点处(在通过边缘杆的主延伸轴线和连接杆的主延伸轴线撑开的平面中)。因此，打开角度最大可以为90°，更确切地说在边缘杆和连接杆相对彼此垂直的情况下。
通常，在转速传感器运行时，在弹簧结构/弹簧组件的偏移较小的情况下，中间件(尤其“飞杆”)被一起拉动，并且旋转传感器的运动质量按相位跟随。在偏移更大的情况下，越来越大的惯性力作用到中间件上，其中，可运动质量振动和中间件振动的反转点异相漂移。由此，弹簧结构/弹簧组件的杆(即尤其第一和第二弹簧部件)更强烈地受负载。这引起驱动结构的动态的非线性。根据本发明，能够以有利的方式、特别是通过减小中间件的质量来实现尤其在动态情况下作用到中间件上的惯性力，由此弹簧组件能够有利地具有更小的动态的非线性。
由优选实施方式以及参考附图的说明能获知本发明的有利构型和扩展方案。
根据本发明的一个实施方式，连接杆组中的连接杆分别以10°至80°之间、优选30°至60°之间、特别优选40°至50°之间、进一步特别优选44°至46°之间的打开角度布置在第一和/或第二边缘杆上，由此能特别有利地减小中间件(即例如弹簧头部)的重量并且特别有利地减小在振动期间作用到弹簧组件上的惯性力。同时，可以实现特别有利的机械性能，例如可以实现期望的稳定性。
根据本发明的一个实施方式，连接杆组的第一子组的连接杆相对于第一边缘杆的主延伸轴线具有正斜率，并且，其中，连接杆组的第二子组的连接杆相对于第一边缘杆的主延伸轴线具有负斜率，其中，第一子组和第二子组尤其具有基本上相等数量的连接杆，由此能够在机械性能有利的同时实现特别有利的重量减小。
根据本发明的一个实施方式，第一子组的连接杆中的一个连接杆分别与第二子组的连接杆中的至少一个连接杆交叉，由此能够实现中间件相对于来自不同方向的力影响的特别的机械稳定性。
根据本发明的一个实施方式，在连接杆之间构造自由空间，其中，自由空间尤其在投影到衬底的主延伸平面上时具有菱形的基面，由此能够特别有利地(通过这些自由空间或缺口)减小中间件的重量。尤其可能的是，衬底的主延伸平面平行于通过连接杆的主延伸轴线和边缘杆的主延伸轴线撑开的平面地布置。
根据本发明的一个实施方式，转速传感器具有另外的弹簧组件、优选两个弹簧组件、进一步优选三个另外的弹簧组件，其中，另外的弹簧组件、优选这些另外的弹簧组件与所述弹簧组件基本上相同地构造，由此转速传感器能够具有多个根据本发明的弹簧组件，这些弹簧组件例如布置在转速传感器的不同侧上并且这些弹簧组件特别优选地(除了相应另外的弹簧组件相比于所述弹簧组件的可能的相对旋转以外)全部基本上相同地构造。
根据本发明的一个实施方式，可能的是，除了所述连接杆组之外，在第一和第二边缘杆之间附加地布置另外的连接元件。在此，例如可以是另外的连接杆，所述另外的连接杆以任意角度、例如垂直地相交到第一和/或第二边缘杆上。替代地或附加地可能的是，另外的连接杆布置在第一和第二边缘杆之间，所述另外的连接杆平行于边缘杆中的至少一个边缘杆延伸。此外，附加地或替代地可能的是，另外的连接元件以面或其他几何形状的形式布置在第一和第二边缘杆之间。
根据本发明，连接杆组能包括恰好或多于两个、三个、四个、五个、十个、二十个或多个连接杆。
根据本发明的一个实施方式的根据本发明的用于制造转速传感器的方法相对于现有技术具有已经与根据本发明的转速传感器或根据本发明的转速传感器的一个实施方式相结合地所说明的优点。
在附图中示出并且在下面的说明中详细阐明本发明的实施例
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的一个实施方式的转速传感器的局部的俯视图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的零件始终设有相同的附图标记，并且因此通常也仅分别命名或提及一次。
图1示意性地示出根据本发明的一个实施方式的转速传感器的局部的俯视图。转速传感器包括弹簧组件10，所述弹簧组件将驱动结构2与基本上布置在所示出的弹簧组件10下方的衬底连接。衬底未详细示出。弹簧组件10包括第一弹簧部件20、第二弹簧部件30和中间件40，所述中间件建立第一与第二弹簧部件20、30之间的机械连接。第一弹簧部件20包括构造为杆的第一部分区域21和构造为杆的第二部分区域22，其中，第一和第二部分区域21、22借助中心区域25连接。第二弹簧部件30关于第一弹簧部件20镜像对称地构造。在此，对称平面位于第一和第二弹簧部件20、30之间的中心处并且沿第一部分区域21的主延伸方向300的方向(通过箭头300示出)和垂直于衬底(或者说所述衬底的表面)的方向延伸。中间件40包括第一边缘杆41和第二边缘杆42。第一边缘杆41和第二边缘杆42相对彼此平行地布置，使得第一边缘杆41的第一主延伸轴线100与第二边缘杆42的第二主延伸轴线沿相同的方向指向。在第一和第二边缘杆41、42之间布置有连接杆组50。连接杆组能划分为连接杆的第一子组和连接杆的第二子组。连接杆的第一子组的连接杆51、52相对于第一边缘杆41的主延伸轴线100(通过箭头100示出)具有正斜率。连接杆的第二子组的连接杆53、54相对于第一边缘杆41的主延伸轴线100具有负斜率。在当前情况下，第一子组和第二子组分别包括相等数量的连接杆。然而该第一子组和第二子组也可能包括不同数量的连接杆。连接杆组50(即两个子组)的所有示出的连接杆51、52、53、54分别以约为45°的打开角度相交到第一和第二边缘杆41、42。在图1中为了说明画出在连接杆51上的示例性的打开角度60。在所示出的实施方式中，第一子组的连接杆51、52中的各个连接杆和第二子组的连接杆53、54中的一个连接杆在第一与第二边缘杆41、42之间的中间空间/中间区域内交叉。
优选地，交叉的连接杆、例如连接杆51、53在其交叉区域内分别彼此交错地过渡，使得这些连接杆在交叉区域内的总厚度约相当于所涉及的连接杆51、53中的一个连接杆的厚度。
如在图1中所示出的那样，根据本发明可能的是，中间件40关于对称平面(所述对称平面位于第一和第二弹簧部件20、30之间的中心处，并且沿第一部分区域21的主延伸方向300的方向和垂直于衬底或者说所述衬底的表面的方向延伸)镜像对称地布置。由此可能的是，弹簧组件10在整体上关于该对称平面基本上镜像对称。
在图1所示出的(尤其具有桁架结构的)实施方式中，例如能够以有利的方式使得弹簧组件10的中间件40的质量相对于具有穿孔的中间件的双折梁悬架(DFBS)减小30％。仿真结果表明，驱动振动的非线性能由此减小11％。

Claims (18)

1.转速传感器，该转速传感器具有衬底，其中，所述转速传感器具有关于所述衬底能运动的驱动结构(2)，其中，所述驱动结构(2)借助弹簧组件(10)固定在所述衬底上，其中，所述弹簧组件(10)具有连接所述驱动结构(2)和所述衬底的第一弹簧部件(20)和连接所述驱动结构(2)和所述衬底的第二弹簧部件(30)，其中，所述第一弹簧部件(20)和所述第二弹簧部件(30)借助中间件(40)连接，其特征在于，所述中间件(40)具有第一边缘杆(41)和第二边缘杆(42)，其中，在所述第一和第二边缘杆(41、42)之间布置有连接杆组(50)，其中，所述连接杆组(50)的连接杆(51、52、53、54)分别以1°至89°之间的打开角度布置在所述第一和/或第二边缘杆(41、42)上。
2.根据权利要求1所述的转速传感器，其中，所述连接杆组(50)的所述连接杆(51、52、52、53)分别以10°至80°之间的打开角度布置在所述第一和/或第二边缘杆(41、42)上。
3.根据前述权利要求中任一项所述的转速传感器，其中，所述连接杆组(50)的第一子组的连接杆(51、52)相对于所述第一边缘杆(41)的主延伸轴线(100)具有正斜率，并且，其中，所述连接杆组(50)的第二子组的连接杆(53、54)相对于所述第一边缘杆(41)的所述主延伸轴线(100)具有负斜率。
4.根据权利要求3所述的转速传感器，其中，所述第一子组的连接杆(51、52)中的一个连接杆分别与所述第二子组的连接杆(53、54)中的至少一个连接杆交叉。
5.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，在所述连接杆(51、52、53、54)之间构造有自由空间，其中，所述自由空间具有菱形的基面。
6.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，所述连接杆组(50)的所述连接杆(51、52、53、54)将所述第一和第二边缘杆(41、42)相互机械连接。
7.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，所述第一和第二边缘杆(41、42)相对彼此基本上平行地布置。
8.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，所述连接杆组(50)的所述连接杆(51、52、53、54)构造为在所述第一和第二边缘杆(41、42)之间的横撑杆。
9.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，所述第一弹簧部件(20)具有第一部分区域(21)和第二部分区域(22)，其中，借助所述第一部分区域(21)将所述驱动结构(2)与所述中间件(40)连接，并且，其中，借助所述第二部分区域(22)将所述中间件(40)或至少部分地布置在所述第一弹簧部件(20)的所述第一部分区域(21)与所述第二部分区域(22)之间的中心区域(25)与所述衬底连接，其中，所述第二弹簧部件(30)关于所述第一弹簧部件(20)基本上镜像对称地构造。
10.根据权利要求9所述的转速传感器，其中，所述第一部分区域(21)和所述第二部分区域(22)分别构造为杆，其中，所述第一部分区域(21)和所述第二部分区域(22)在所述转速传感器处于静止位置中时基本上平行地布置。
11.根据权利要求1或2所述的转速传感器，其中，所述转速传感器具有另外的弹簧组件，其中，所述另外的弹簧组件与所述弹簧组件(10)相同地构造。
12.根据权利要求2所述的转速传感器，其中，所述打开角度在30°至60°之间。
13.根据权利要求2或12所述的转速传感器，其中，所述打开角度在40°至50°之间。
14.根据权利要求2或12所述的转速传感器，其中，所述打开角度在44°至46°之间。
15.根据权利要求3所述的转速传感器，其中，所述第一子组和所述第二子组具有相等数量的连接杆。
16.根据权利要求5所述的转速传感器，其中，所述自由空间在投影到所述衬底的主延伸平面(200)上时所具有菱形的基面。
17.根据权利要求11所述的转速传感器，其中，所述另外的弹簧组件包括两个另外的弹簧组件。
18.根据权利要求11所述的转速传感器，其中，所述另外的弹簧组件包括三个另外的弹簧组件。
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