CN213120571U - 陀螺仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了陀螺仪，陀螺仪包括基底、第一环形件、固定件、第二环形件、第一连接件、第二连接件、电极组件；第一环形件的外轮廓为正8N角星，N为正整数；固定件设于第一环形件的内侧并与第一环形件间隔设置；第二环形件设于第一环形件的外侧并与第一环形件间隔设置，第二环形件的外轮廓为正8N角星，N为整数；第一连接件连接第一环形件和固定件；第二连接件连接第一环形件和第二环形件；电极组件，用于与第一环形件及第二环形件中的至少一个形成电容，以驱动第一环形件及第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测第一环形件及所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

Description

陀螺仪

【技术领域】

本实用新型涉及陀螺仪技术领域，尤其涉及一种陀螺仪。

【背景技术】

微机械陀螺仪，即MEMS(Micro Electro Mechanical systems)陀螺仪，是一种典型的角速度微传感器，由于其尺寸小、功耗低和加工方便等优势在消费电子市场有着非常广泛的应用。近年来随着陀螺仪性能的逐步提升，广泛应用于汽车、工业、虚拟现实等领域。

陀螺仪可分为线振动音叉型陀螺仪和圆盘形陀螺仪两类，其中，圆盘形陀螺仪的驱动模态振型和检测模态振型简并，灵敏度高，且结构简单，逐步成为实用较为广泛的高性能陀螺仪。但是，圆盘形陀螺仪受限于结构和空间布局，导致品质因数低，且结构内可够容纳的电容量较小，存在着应用的局限。

因而，有必要提供一种新的陀螺仪以解决上述的问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的公开一种品质因数高的陀螺仪。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种陀螺仪，所述陀螺仪包括

基底；

悬置于所述基底上的第一环形件，所述第一环形件的外轮廓为正8N角星，N为正整数；

固定在所述基底上的固定件，设于所述第一环形件的内侧并与所述第一环形件间隔设置；

悬置于所述基底上的第二环形件，设于所述第一环形件的外侧并与所述第一环形件间隔设置，所述第二环形件的外轮廓为正8N角星，N为整数；

第一连接件，连接所述第一环形件和所述固定件；

第二连接件，连接所述第一环形件和所述第二环形件；

电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述第一环形件及所述第二环形件中的至少一个形成电容，以驱动所述第一环形件及所述第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述第一环形件及所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

优选地，所述电极组件包括：

第一电极，固定于所述基底上并位于所述第一环形件的外周，所述第一电极与所述第一环形件形成电容；

第二电极，固定于所述基底上并位于所述第二环形件的外周，所述第二电极与所述第二环形件形成电容；

其中，所述第一电极用于驱动所述第一环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并用于检测所述第一环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动，所述第二电极用于驱动所述第二环形件沿相互垂直的所述第一方向和所述第二方向振动，所述第一环形件和所述第二环形件异步振动，且所述第二电极用于检测所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动。

优选地，所述第一连接件包括第一弹性臂和多个具有弹性的空心环圈的第一弹性体，所述第一弹性臂依次连接所述固定件、所述第一弹性体和所述第一环形件。

优选地，所述多个空心环圈沿所述第一环形件的对角线方向排列形成所述第一弹性体。

优选地，所述第一弹性体包括沿所述第一环形件的对角线方向依次排布的第一空心圈、第二空心圈和第三空心圈。

优选地，所述第一空心圈、所述第二空心圈和所述第三空心圈的截面尺寸依次逐级变小。

优选地，所述第二连接件包括第二弹性臂和多个具有弹性的空心环圈的第二弹性体，所述第二弹性臂依次连接所述第一环形件、所述第二弹性体和所述第二环形件。

优选地，所述多个空心环圈沿所述第二环形件的对角线方向排列形成所述第二弹性体。

优选地，所述第二弹性体包括沿所述第二环形件的对角线方向依次排布的第四空心圈、第五空心圈和第六空心圈。

优选地，所述第四空心圈、所述第五空心圈和所述第六空心圈的截面尺寸相同。

本实用新型相对于现有技术而言，通过设置第一环形件和第二环形件的外轮廓为正8N角星，利用星形的角部容易变形和结构对称的特征，一方面能够实现陀螺仪驱动模态与检测模态的匹配，另一方面星形的结构能够提升陀螺仪的品质因数，提升陀螺仪的性能。另外，第一环形件和第二环形件分别在第一电极和第二电极的相互作用下沿相互垂直的第一方向和第二方向异步振动，使得整体结构具有更大的刚度，更高的模态频率，以具有更佳的抗振动特性。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的陀螺仪去除基底的结构示意图；

图2为本实用新型提供的陀螺仪去除基底的正视结构示意图；

图3是本申请提供的图1中A区域的局部放大示意图；

图4为本实用新型提供的陀螺仪的侧面示意图；

图5为本实用新型提供的陀螺仪在振动模态下的示意图；

图6为本实用新型提供的陀螺仪在检测模态下的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参阅图1至图4，图1为本实用新型提供的陀螺仪100去除基底的结构示意图，图2为本实用新型提供的陀螺仪100去除基底的正视结构示意图，图3是本申请提供的图1中A区域的局部放大示意图，图4为本实用新型提供的陀螺仪100的侧面示意图。

本实用新型公开了一种陀螺仪100，用于电子产品内，检测电子产品的角速度。该陀螺仪100包括基底1、第一环形件10、固定件20、第二环形件30、第一连接件40、第二连接件50、第一电极60和第二电极70。第一环形件10和第二环形件30分别悬置于基底1上，固定件20设于第一环形件30的内侧并与第一环形件30间隔设置，第二环形件30设于第一环形件10的外侧并与第一环形件10间隔设置。电极组件，与基底1固定连接，用于与第一环形件10及所述第二环形件30中的至少一个形成电容，以驱动所述第一环形件10及所述第二环形件30沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述第一环形件10及所述第二环形件30沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

第一环形件10的外轮廓为正8N角星，N为整数，且N≥1，例如图1所示N为2，第一环形件10的外轮廓为正16角星。

固定件20设于第一环形件10的内侧，陀螺仪100通过固定件20起到固定作用。固定件20的截面形状可以是圆形，固定件20的截面形状也可以是正8N角星，即与第一环形件10的外轮廓相同。

第二环形件30设于第一环形件10的外侧，第二环形件30的外轮廓为正8N角星，N为整数，且N≥1，例如图1所示N为2，第二环形件30的外轮廓为正16角星。

第一连接件40连接第一环形件10和固定件20。第二连接件50连接第一环形件10和第二环形件30。

在本实施方式中，电极组件包括第一电极60和第二电极70。第一电极60固定于基底1上并位于第一环形件10的外周，第二电极70固定于基底1上并位于第二环形件30的外周。第一电极60与第一环形件10形成电容，第二电极70与第二环形件30形成电容。第一电极60与第二环形件30间隔设置。第一电极60包括用于驱动第一环形件10沿相互垂直的第一方向X和第二方向Y振动的第一驱动电极61和用于检测第一环形件10沿与第一方向X的夹角呈45度方向D或与第一方向X的夹角呈135度方向M振动的第一检测电极62。第一环形件10和第一驱动电极61形成第一电容81，第一环形件10和第一检测电极62形成第二电容82。

第二电极70位于第二环形件30的外周。第二电极70包括用于驱动第二环形件30沿相互垂直的第一方向X和第二方向Y振动的第二驱动电极71和用于检测第二环形件30沿与第一方向X的夹角呈45度方向D或与第一方向X的夹角呈135度方向M振动的第二检测电极72。第二环形件30和第二驱动电极71形成第三电容83，第二环形件30和第二检测电极72形成第四电容84。

其中，第一环形件10和第二环形件30异步振动。

请参阅图1至图6，图5为本实用新型提供的陀螺仪100在振动模态下的示意图，图6为本实用新型提供的陀螺仪100在检测模态下的示意图。

在本实施方式中，陀螺仪100使用时，电子产品在没有转动的情况下，第一环形件10和第一驱动电极61形成第一电容81，工作时，在第一驱动电极61上施以交流电，从而使得第一电容81驱动第一环形件10沿第一方向X和第二方向Y振动，形成第一振动形态S1；第二环形件30和第二驱动电极71形成第三电容83，工作时，在第二驱动电极71上施以交流电，从而使得第三电容83驱动第二环形件30沿第一方向X和第二方向Y振动，形成第二振动形态S2。第一振动形态S1和第二振动形态S2为异步状态，即相位相差为180度。可以理解的是，在其他实施例中，也可以仅设置一个驱动电极，驱动电极与第一环形件或第二环形件之间形成电容，从而驱动第一环形件和第二环形件异步振动。

所述第一检测电极62与所述第一环形件10间隔设置形成第二电容82，所述第二检测电极72与第二环形件30间隔设置形成第四电容84。当电子产品发生转动时，根据哥氏原理，电子产品转动的角速度产生沿45度方向D或135度方向M的第一哥氏力合力F3及沿45度方向D或135度方向M的第二哥氏力合力F4，第一哥氏力合力F3及第二哥氏力合力F4分别迫使第一环形件10及第二环形件30沿45度方向D或135度方向M振动，形成如图6所示的检测模态，第二电容82用于检测第一环形件10沿45度方向D或135度方向M的振动位移，即根据电容的变化计算振动位移；第四电容84用于检测第二环形件30沿45度方向D或135度方向M的振动位移，即根据电容的变化计算振动位移，再经过运算处理即可获得电子产品转动的角速度的大小。

在本实施例公开的陀螺仪100中，通过设置第一环形件10和第二环形件30的外轮廓为正8N角星，利用星形的角部容易变形和结构对称的特征，一方面能够实现陀螺仪100驱动模态与检测模态的匹配，另一方面星形的结构能够提升陀螺仪100的品质因数，提升陀螺仪100的性能。另外，第一环形件10和第二环形件30分别在第一电极60和第二电极70的相互作用下沿相互垂直的第一方向和第二方向异步振动，即相位相差为180度，使得整体结构具有更大的刚度，更高的模态频率，以具有更佳的抗振动特性。

可选地，第一电极60设有8N个且每个第一电极60呈V字形，第一环形件10的每个角部罩设有第一电极60。需要说明的是，第一电极60与第一环形件10的角部间隔设置，与角部之间形成电容，通过调节电容可以形成第一环形件10在第一方向X和第二方向Y振动所需要的驱动力，并且通过检测第一电极60与角部之间形成的电容大小可以检测换算出第一环形件10沿45度方向D或135度方向M的位移。

第二电极70设有8N个且每个第二电极70呈V字形，第二环形件30的每个角部罩设有第二电极70。需要说明的是，第二电极70与第二环形件30的角部间隔设置，与角部之间形成电容，通过调节电容可以形成第二环形件30在第一方向X和第二方向Y得振动所需要的驱动力，并且通过检测第二电极70与第二环形件30的角部之间形成的电容大小可以检测换算出第二环形件30沿45度方向D或135度方向D的位移。

可选地，第一环形件10、固定件20、第二环形件30、第一连接件40以及第二连接件50以及连接件一体成型。优选地，第一环形件10、固定件20、第二环形件30、第一连接件40以及第二连接件50一体成型采用硅晶片一体成型。硅晶片可以是单晶硅或者多晶硅。

请继续参阅图1，第一连接件40包括第一弹性臂41和多个具有弹性的空心环圈的第一弹性体43，第一弹性臂41依次连接固定件20、第一弹性体43和第一环形件10。多个空心环圈可以彼此连接在一起，多个空心环圈也可以由第一弹性臂41连接在一起。

多个空心环圈可以沿第一环形件10的对角线方向排列形成第一弹性体43，从而使多个空心环圈沿着第一环形件10的应力集中方向产生形变。

应当理解，首先，第一连接件40采用由若干空心环圈沿第一环形件10对角线方向排列形成的弹性体(本实施例为3个)，只是一种在本实用新型构思下得到的一种较佳的实施方式。该实施方式相对于仅在对角线上设置第一连接件40，能够更好的便于第一环形件10在第一方向X、第二方向Y以及对角线上移动。其次，图1所示的第一连接件40的多个空心环圈采用三个空心环圈也只是本实用新型的一种较佳的实施方式，在其他实施方式中，例如采用四个、两个、甚至一个空心环圈等均应该在本实用新型的保护范围之内。最后，至于空心环圈的形状可以根据需要作出适应性的变化，可以是圆形、椭圆形、跑道形等圆滑环形件。

具体地，第一弹性体43包括沿第一环形件10的对角线方向依次排布的第一空心圈42、第二空心圈44和第三空心圈46，其形状、大小和位置关系是根据实际需要作出的一种较优的设计。在一可选的实施例中，第一空心圈42、第二空心圈44和第三空心圈46沿第一环形件10对角线由内向外依次排列，第一空心圈42、第二空心圈44和第三空心圈46的截面尺寸依次逐级变小。因为第一弹性体43位于固定件20和第一环形件10之间，空间相对第二弹性体53比较狭小，所以当第一空心圈42、第二空心圈44和第三空心圈46的截面尺寸依次逐级变小时，可以最大化利用空间。

最后，为了获得最佳的感应效果，本实施例第一环形件10的每个角部的第一连接件40采用形状以及构造完全相同，应当理解为一种最佳的实施方式，大体相同或者为了一些特定的需要将各角上的连接件设计为不同结构也应当归属于本实用新型的保护范围之内。

第二连接件50包括第二弹性臂51和多个具有弹性的空心环圈的第二弹性体53，第二弹性臂51依次连接第一环形件10、第二弹性体53和第二环形件30。多个空心环圈可以彼此连接在一起，多个空心环圈也可以由第二弹性臂51连接在一起。

多个空心环圈可以沿第二环形件30的对角线方向排列形成第二弹性体53，从而使多个空心环圈沿着第二环形件30的应力集中方向产生形变。

应当理解，首先，第二连接件50采用由若干空心环圈沿第二环形件30对角线方向排列形成的弹性体(本实施例为3个)，只是一种在本实用新型构思下得到的一种较佳的实施方式。该实施方式相对于仅在对角线上设置第二连接件50，能够更好的便于第二环形件30在第一方向X、第二方向Y以及对角线上移动。其次，图1所示的第二连接件50的多个空心环圈采用三个空心环圈也只是本实用新型的一种较佳的实施方式，在其他实施方式中，例如采用四个、两个、甚至二个空心环圈等均应该在本实用新型的保护范围之内。最后，至于空心环圈的形状可以根据需要作出适应性的变化，可以是圆形、椭圆形、跑道形等圆滑环形件。

具体地，第二弹性体53包括沿第二环形件30的对角线方向依次排布的第四空心圈52、第五空心圈54和第六空心圈56，其形状、大小和位置关系是根据实际需要作出的一种较优的设计。在一可选的实施例中，第四空心圈52、第五空心圈54和第六空心圈56沿第二环形件30对角线由内向外依次排列，第四空心圈52、第五空心圈54和第六空心圈56的截面尺寸相同。因为第二弹性体53位于第一环形件10和第二环形件30之间，空间相对充足，所以当第四空心圈52、第五空心圈54和第六空心圈56的截面尺寸相同时，可以使第四空心圈52、第五空心圈54和第六空心圈56受力相当。

最后，为了获得最佳的感应效果，本实施例第二环形件30的每个角部的第二连接件50采用形状以及构造完全相同，应当理解为一种最佳的实施方式，大体相同或者为了一些特定的需要将各角上的弹性元件设计为不同结构也应当归属于本实用新型的保护范围之内。

以上的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种陀螺仪，其特征在于，所述陀螺仪包括

基底；

悬置于所述基底上的第一环形件，所述第一环形件的外轮廓为正8N角星，N为正整数；

固定在所述基底上的固定件，设于所述第一环形件的内侧并与所述第一环形件间隔设置；

悬置于所述基底上的第二环形件，设于所述第一环形件的外侧并与所述第一环形件间隔设置，所述第二环形件的外轮廓为正8N角星，N为整数；

第一连接件，连接所述第一环形件和所述固定件；

第二连接件，连接所述第一环形件和所述第二环形件；

电极组件，与所述基底固定连接，用于与所述第一环形件及所述第二环形件中的至少一个形成电容，以驱动所述第一环形件及所述第二环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并检测所述第一环形件及所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动位移。

2.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述电极组件包括：

第一电极，固定于所述基底上并位于所述第一环形件的外周，所述第一电极与所述第一环形件形成电容；

第二电极，固定于所述基底上并位于所述第二环形件的外周，所述第二电极与所述第二环形件形成电容；

其中，所述第一电极用于驱动所述第一环形件沿相互垂直的第一方向和第二方向振动，并用于检测所述第一环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动，所述第二电极用于驱动所述第二环形件沿相互垂直的所述第一方向和所述第二方向振动，所述第一环形件和所述第二环形件异步振动，且所述第二电极用于检测所述第二环形件沿与所述第一方向的夹角呈45度方向或与所述第一方向的夹角呈135度方向的振动。

3.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，

所述第一连接件包括第一弹性臂和多个具有弹性的空心环圈的第一弹性体，所述第一弹性臂依次连接所述固定件、所述第一弹性体和所述第一环形件。

4.根据权利要求3所述的陀螺仪，其特征在于，

所述多个空心环圈沿所述第一环形件的对角线方向排列形成所述第一弹性体。

5.根据权利要求3所述的陀螺仪，其特征在于，

所述第一弹性体包括沿所述第一环形件的对角线方向依次排布的第一空心圈、第二空心圈和第三空心圈。

6.根据权利要求5所述的陀螺仪，其特征在于，

所述第一空心圈、所述第二空心圈和所述第三空心圈的截面尺寸依次逐级变小。

7.根据权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述第二连接件包括第二弹性臂和多个具有弹性的空心环圈的第二弹性体，所述第二弹性臂依次连接所述第一环形件、所述第二弹性体和所述第二环形件。

8.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于，

所述多个空心环圈沿所述第二环形件的对角线方向排列形成所述第二弹性体。

9.根据权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于，

所述第二弹性体包括沿所述第二环形件的对角线方向依次排布的第四空心圈、第五空心圈和第六空心圈。

10.根据权利要求9所述的陀螺仪，其特征在于，

所述第四空心圈、所述第五空心圈和所述第六空心圈的截面尺寸相同。

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