CN1712894A - 电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺 - Google Patents
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Abstract
一种微机电系统领域的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，包括：陀螺转子、上定子、壳体、下定子、驱动转子、轴、两个宝石轴承。上定子、下定子设置在壳体的上部和下部，一个宝石轴承设置在上定子的中心孔处，一个宝石轴承设置在下定子的中心孔处，轴设置在两个宝石轴承上，驱动转子设置在轴上，且驱动转子位于上定子和下定子之间，陀螺转子设置在轴上，且位于上定子之上。本发明工作可靠性及抗振性得到提高，陀螺转子为金属带多孔圆盘，上、下定子为微加工一体化结构，因而，需手工装配的零件少，结构简单，可靠性得到提高。同时，本发明体积小，重量轻，便于实现，可作为方位陀螺使用，应用场合广。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的微陀螺，特别是一种电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺。
背景技术
挠性陀螺仪是一种高性能、低成本的精度较高的陀螺，它以挠性支承代管传统的悬浮技术而带来一系列优点，故在惯性导航系统中获得广泛应用。按照挠性支承的具体形式和补偿弹性力矩的方法，挠性陀螺又可分为细颈式和动力调谐式两种类型。纲颈式挠性陀螺开始制造的时间较早，但尚未投入批量生产时便出现了更为新颖的动力调谐式挠性陀螺。目前，中等精度的细颈式挠性陀螺仍在应用中，而且经过改进以后精度也在迅速提高。动力调谐式挠性陀螺(后面简称动力调谐陀螺)自六十年代中期制成以后，作为惯性元件的候选者，显示了很大的优越性。从六十年代后期到七十年代，动力调谐陀螺发展迅速。并在航空、航海及航天器的惯导系统中得到广泛应用。MEMS(微机电系统)技术的产生促进了陀螺的微型化，陀螺体积小，功耗小，成本低，具有独特优势。目前，使用MEMS技术制造的微陀螺主要集中在振动式微陀螺和悬浮转子式微陀螺上。
经对现有技术的文献检索，林士谔等主编，国防工业出版社出版的《动力调谐陀螺仪》第176-190页，该文涉及的动力调谐陀螺仪，尺寸大，采用磁滞电机驱动，多个部件互相嵌套，整体结构复杂。由于采用传统的加工和装配技术，尺寸较大，重量加大，对于要求尺寸小、重量轻、不适用要求成本低的场合。
发明内容
本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，使其整个器件轴向布置，结构简单，陀螺转子使用双环动力调谐支承结构支撑，为一简单的多孔结构。定子、转子为微加工一体化结构，永磁转子和双定子结构构成的同步电机通过动力调谐挠性环节带动陀螺转子高速旋转，高速旋转的陀螺转子具有定轴性，从而可实现陀螺效应。通过电容检测陀螺转子位置，通过反馈力矩再平衡原理实现对外界输入角速度的测量。
本发明包括：陀螺转子、上定子、壳体、下定子、驱动转子、轴、两个宝石轴承。其连接关系为：上定子、下定子设置在壳体的上部和下部，一个宝石轴承设置在上定子的中心孔处，一个宝石轴承设置在下定子的中心孔处，轴设置在两个宝石轴承上，驱动转子设置在轴上，且驱动转子位于上定子和下定子之间，陀螺转子设置在轴上，且位于上定子之上。
本发明陀螺转子包括：外环、外连接梁、内环、内连接梁、设置环。其连接关系为：外环通过外连接梁连接到内环上，内环通过内连接梁连接到设置环上。整个陀螺转子通过设置环设置在轴上。陀螺转子为全金属结构。且与上定子上表面上的四个检测加矩电极对、四个公共电极相对。
上定子包括：基板、四个检测加矩电极对、四个公共电极、6个或多个线圈。其连接关系为：四个检测加矩电极对、四个公共电极设置在基板的上表面上，且布置在同一圆周上，每个公共电极设置在两个检测加矩电极对之间，线圈设置在基板的下表面上，为平面螺旋线圈，数量为6个或多个，且呈圆周布置。
下定子包括线圈、基板，其连接关系为：线圈设置在基板的上表面，为平面线圈，数量为6个或多个，成圆周布置。
驱动转子包括：两层永磁片、支撑片。其连接关系为：8片或多片永磁片布置在支撑片的上、下表面，整个驱动转子中心设置小孔，用于设置在轴上。
本发明微陀螺工作时，上定子的线圈和下定子的线圈通电，形成旋转电磁场，在此电磁场作用下，驱动转子高速旋转，通过轴带动陀螺转子高速旋转，陀螺转子通过具有外环、外连接梁、内环、内连接梁的机械结构而具有动力调谐作用，因而避免了挠性连接产生的附加力矩对陀螺定轴性的影响，这样，高速转动的陀螺转子具有定轴性。
当外界输入角速度时，检测加矩电极对检测到位移信息，通过公共电极输出检测信号，进行处理后，反馈控制，给微陀螺转子施加反馈力矩，转子进动到与壳体平行的位置。通过力矩再平衡原理实现对外界输入量的测量。
陀螺部件结构包括上定子、下定子、陀螺转子、驱动转子采用的是二维半准三维形式，特别适合用光刻、电镀、溅射等微细加工工艺制作。且可以实现加工过程中完成装配，不需要手工装配。
本发明具有实质性的进步，整个器件轴向布置，采用适合微细技术加工的结构设计，使用双环动力调谐支承结构支撑转子，采用永磁转子和双定子结构构成的同步电机通过动力调谐挠性环节带动陀螺转子高速旋转，高速旋转的陀螺转子具有定轴性，从而可实现陀螺效应。通过电容检测陀螺转子位置，通过反馈力矩再平衡原理实现对外界输入角速度的测量。整个关键主体结构驱动转子和陀螺转子直接通过轴机械固结，而轴通过宝石轴承与上下定子连接并提供转动自由度，且关键部件如上下定子、驱动转子、陀螺转子采用微细加工技术一体化成型，因而工作可靠性及抗振性也得到提高。本发明陀螺转子为金属带多孔圆盘，上、下定子为微加工一体化结构，因而，需手工装配的零件少，结构简单，可靠性得到提高。同时，本发明体积小，重量轻，便于实现，可作为方位陀螺使用(因为是挠性支承)，应用场合广。
附图说明
图1本发明总体结构示意图
图2本发明陀螺转子结构示意图
图3本发明上定子上表面电极示意图
图4本发明上定子下表面线圈示意图
图5本发明下定子上表面线圈示意图
图6本发明驱动转子结构示意图
具体实施方式
如图1、图3、图4、图5所示，本发明包括：陀螺转子1、上定子2、壳体3、下定子4、驱动转子5、轴6、宝石轴承14、宝石轴承23。其连接关系为：上定子2、下定子4设置在壳体3的上部和下部，宝石轴承14设置在上定子2的中心孔处，宝石轴承23设置在下定子4的中心孔处，轴6设置在宝石轴承14和宝石轴承23上，驱动转子5设置在轴6上，且驱动转子5位于上定子2和下定子4之间，陀螺转子1设置在轴6上，且位于上定子1之上。
如图2所示，本发明陀螺转子1包括：外环7、外连接梁11、内环9、内连接梁8、设置环10。其连接关系为：外环7通过外连接梁11连接到内环9上，内环9通过内连接梁8连接到设置环10上。整个陀螺转子1通过设置环10设置在轴6上。陀螺转子1为全金属结构，且与上定子2上表面上的检测加矩电极对12、检测加矩电极对15、检测加矩电极对17、检测加矩电极对19、公共电极13、公共电极16、公共电极18、公共电极20相对。
如图3、图4所示，上定子2包括：检测加矩电极对12、公共电极13、检测加矩电极对15、检测加矩电极对17、检测加矩电极对19、公共电极16、公共电极18、公共电极20、线圈21、基板22。其连接关系为：检测加矩电极对12、检测加矩电极对15、检测加矩电极对17、检测加矩电极对19、公共电极13、公共电极16、公共电极18、公共电极20设置在基板22的上表面上，且布置在同一圆周上，公共电极13设置在检测加矩电极对12、检测加矩电极对15之间，公共电极16设置在检测加矩电极对15、检测加矩电极对17之间，公共电极18设置在检测加矩电极对17、检测加矩电极对19之间，公共电极20设置在检测加矩电极对19、检测加矩电极对12之间。线圈21设置在基板22的下表面上，为平面螺旋线圈，数量为6个或多个，且呈圆周布置。
如图5所示，下定子4包括线圈24、基板25，其连接关系为：线圈24设置在基板25的上表面，为平面线圈，数量为6个或多个，成圆周布置。
如图6所示，驱动转子5包括：永磁片26、永磁片28、支撑片27。其连接关系为：8片或多片永磁片26布置在支撑片27的上表面，8片或多片永磁片28布置在支撑片27的下表面，整个驱动转子5中心设置小孔29，用于设置在轴6上。
本发明微陀螺工作时，上定子1的线圈21和下定子4的线圈24通电，形成旋转电磁场，在此电磁场作用下，驱动转子5高速旋转，通过轴6带动陀螺转子1高速旋转，陀螺转子1通过具有外环7、外连接梁11、内环9、内连接梁8的机械结构而具有动力调谐作用，因而避免了挠性连接产生的附加力矩对陀螺定轴性的影响，这样，高速转动的陀螺转子1具有定轴性。
当外界输入角速度时，检测加矩电极对12、检测加矩电极对15、检测加矩电极对17、检测加矩电极对19检测到位移信息，通过公共电极13、公共电极16、公共电极18、公共电极20输出检测信号，进行处理后，反馈控制，给微陀螺转子1施加反馈力矩，转子进动到与壳体平行的位置。通过力矩再平衡原理实现对外界输入量的测量。
如图2、3、4、5、6所示的陀螺部件结构采用的是二维半准三维形式，特别适合用光刻、电镀、溅射等微细加工工艺制作，且可以实现加工过程中完成装配，不需要手工装配。
Claims (7)
1、一种电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，包括：陀螺转子(1)、上定子(2)、壳体(3)、下定子(4)、驱动转子(5)、轴(6)、宝石轴承(14)、宝石轴承(23)，其特征在于，上定子(2)、下定子(4)设置在壳体(3)的上部和下部，宝石轴承(14)设置在上定子(2)的中心孔处，宝石轴承(23)设置在下定子(4)的中心孔处，轴(6)设置在宝石轴承(14)和宝石轴承(23)上，驱动转子(5)设置在轴(6)上，且驱动转子(5)位于上定子(2)和下定子(4)之间，陀螺转子(1)设置在轴(6)上，且位于上定子(1)之上。
2、根据权利要求1所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，陀螺转子(1)包括：外环(7)、外连接梁(11)、内环(9)、内连接梁(8)、设置环(10)，外环(7)通过外连接梁(11)连接到内环(9)上，内环(9)通过内连接梁(8)连接到设置环(10)上，整个陀螺转子(1)通过设置环(10)设置在轴(6)上。
3、根据权利要求1或者2所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，陀螺转子(1)为全金属结构，且与上定子(2)表面上的检测加矩电极对(12)、检测加矩电极对(15)、检测加矩电极对(17)、检测加矩电极对(19)、公共电极(13)、公共电极(16)、公共电极(18)、公共电极(20)相对。
4、根据权利要求1所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，上定子(2)包括：检测加矩电极对(12、15、17、9)、公共电极(13、16、18、20)，检测加矩电极对(12、15、17、9)、公共电极(13、16、18、20)设置在基板(22)的上表面上，且布置在同一圆周上，公共电极(13)设置在检测加矩电极对(12)、检测加矩电极对(15)之间，公共电极(16)设置在检测加矩电极对(15)、检测加矩电极对(17)之间，公共电极(18)设置在检测加矩电极对(17)、检测加矩电极对(19)之间，公共电极(20)设置在检测加矩电极对(19)、检测加矩电极对(12)之间。
5、根据权利要求1或者4所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，线圈(21)设置在基板(22)的下表面上，为平面螺旋线圈，数量为6个或多个，且呈圆周布置。
6、根据权利要求1所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，下定子(4)包括：线圈(24)、基板(25)，线圈(24)设置在基板(25)的上表面，为平面线圈，数量为6个或多个，成圆周布置。
7、根据权利要求1所述的电磁驱动动力调谐挠性转子微陀螺，其特征是，驱动转子(5)包括：永磁片(26)、永磁片(28)、支撑片(27)，8片或多片永磁片(26)布置在支撑片(27)的上表面，8片或多片永磁片(28)布置在支撑片(27)的下表面，整个驱动转子(5)中心设置小孔(29)，用于设置在轴(6)上。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401071C (zh) * | 2006-08-03 | 2008-07-09 | 上海交通大学 | 挠性立柱跷板式双层结构微加速度计 |
| CN102564409A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-11 | 哈尔滨工业大学 | 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺 |
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Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2005
- 2005-07-14 CN CNB2005100277176A patent/CN100398994C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401071C (zh) * | 2006-08-03 | 2008-07-09 | 上海交通大学 | 挠性立柱跷板式双层结构微加速度计 |
| CN102564409A (zh) * | 2012-02-24 | 2012-07-11 | 哈尔滨工业大学 | 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺 |
| CN102564409B (zh) * | 2012-02-24 | 2014-10-22 | 哈尔滨工业大学 | 电磁驱动框架结构的转子式微机械陀螺 |
| CN103322996A (zh) * | 2013-06-20 | 2013-09-25 | 上海交通大学 | 电磁驱动静电检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法 |
| CN103363970A (zh) * | 2013-06-20 | 2013-10-23 | 上海交通大学 | 电磁驱动电磁检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法 |
| CN103363970B (zh) * | 2013-06-20 | 2016-02-10 | 上海交通大学 | 电磁驱动电磁检测体声波谐振三轴微陀螺及其制备方法 |
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