KR20180044954A

KR20180044954A - 자동차 애플리케이션을 위한 2축 초내구성 요레이트 센서

Info

Publication number: KR20180044954A
Application number: KR1020187008296A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 라쓸; 부르크하르트 쿨만; 미르코 하타쓰; 크리스티안 회프너; 벤야민 슈미트; 토어스텐 발스링크
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-05-03
Also published as: TWI711803B; US20180231381A1; US10557710B2; DE102015216460A1; JP6538967B2; WO2017036627A1; KR102431657B1; CN107923751A; TW201716748A; JP2018527571A; CN107923751B

Abstract

본 발명은, 주 연장 평면을 구비한 기판과; 주 연장 평면에 대해 평행하게 연장되는 제1 축에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서의 제1 요레이트를 검출하기 위한 하나 이상의 제1 요레이트 센서 구조와; 주 연장 평면에 대해 수직으로 연장되는 제2 축에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서의 제2 요레이트를 검출하기 위한 하나 이상의 제2 요레이트 센서 구조를; 포함하는 요레이트 센서에 관한 것이며, 상기 요레이트 센서는, 제1, 제2, 제3 및 제4 구조가 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있는 방식으로, - 기판에 상대적으로 이동 가능한, 제1 요레이트 센서 구조의 하나 이상의 제1 구조, 및 기판에 상대적으로 그리고 제1 구조에 상대적으로 이동 가능한, 제1 요레이트 센서 구조의 하나 이상의 제2 구조를 편향시킬 뿐 아니라, - 기판에 상대적으로 이동 가능한, 제2 요레이트 센서 구조의 하나 이상의 제3 구조, 및 기판에 상대적으로 그리고 제3 구조에 상대적으로 이동 가능한, 제2 요레이트 센서 구조의 하나 이상의 제4 구조도 편향시키기 위한 구동 장치를 포함한다.

Description

자동차 애플리케이션을 위한 2축 초내구성 요레이트 센서

자동차 분야의 안전 관련 애플리케이션의 경우, 정해진 축을 중심으로 하는 요레이트를 각각 측정할 수 있는 1축 요레이트 센서들이 이용된다. 다양한 애플리케이션들[예: 전자식 주행 안정화 프로그램(ESP) 또는 롤오버 감지(roll-over sensing)]의 결합 시, 다양한 축들을 중심으로 하는 요레이트의 동시 측정이 요구되며, 이는 실제로 복수의 개별 센서의 이용을 통해 실현된다.

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는 요레이트 센서에 관한 것이다.

상기 유형의 요레이트 센서는 예컨대 US 2012/0210788 A1호로부터 공지되어 있다.

본 발명에 따른 요레이트 센서는, 종래 기술에 비해, 선형 가속도 및 각 가속도들에 대해 내구성이 있는 요레이트 센서가 종래 기술에 상대적으로 작은 기판 면적 상에 마련된다는 장점을 갖는다. 이 경우, 요레이트의 검출을 위한 미세 기계식 구조는 종래 기술에 상대적으로 작은 기판 면적만을 요구한다.

이는, 종래 기술과 달리, 제1 구조 및 제4 구조가, 각각 제1 축에 대해 수직으로, 그리고 제2 축에 대해 수직으로 연장되는 제3 축에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분들을 가지면서, 서로 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 구조 및 제3 구조에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며, 요레이트 센서는, 제1 구조에 작용하는 제1 힘 작용, 및 제1 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제2 구조에 작용하는 제2 힘 작용이 제1 요레이트를 기반으로 검출될 수 있고, 제3 구조에 작용하는 제3 힘 작용, 및 제3 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제4 구조에 작용하는 제4 힘 작용은 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 통해 달성된다.

이로써, 특히 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 2축 요레이트 센서는 간단하고 비용 효과적이며 기계적으로 견고한 방식으로 제공된다. 이는, 특히 2개의 요레이트 센서 코어가 결합되어 함께 공동으로 구동되는 것을 통해 달성된다. 예컨대 본 발명에 의해, Z-요레이트를 위한 센서 코어와 X-요레이트를 위한 센서 코어를 결합하여, 단지 하나의 구동 회로만을 보유하면서 2개의 축을 중심으로 하는 요레이트를 측정할 수 있는 하나의 새로운 센서 코어를 형성할 수 있다. 이와 동시에, 센서는 외부 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있으며, 그에 따라 자동차 분야의 안전 관련 애플리케이션들을 위한 요건들을 충족한다. 함께 공동으로 구동되는 2개의 센서 코어의 결합을 통해, 센서 코어 내에서뿐 아니라 ASIC(응용 주문형 집적회로)에서도 컴포넌트들의 절약이 가능하다. 그에 따라, 최종 제품은, 2개의 개별 센서보다 더 조밀해지고 제조 비용에서 더 유리해진다. 공동 구동부는, 구동 구조들뿐 아니라 전기 단자 패드 역시도 절약할 수 있게 한다. 추가로 공동 구동부는 ASIC의 더 조밀한 구조를 가능하게 하는데, 그 이유는 단지 하나의 구동 제어 회로만 제공되기만 하면 되기 때문이다. 특히 공동 구동부의 장점은, 두 코어의 2가지 상이한 구동 주파수의 방지에 있다. 따라서, 예컨대 구동력들의 기생 누화(parasitic crosstalk)를 통한 상호 간의 영향이 방지된다. 개별 코어들의 경우, 각각, 구동 방향 및 검출 방향으로 이동될 수 있어야 하는 코리올리스 질량은, 적합한 커플링 구조를 통해, 단지 구동 방향으로만 진동해야 하는 구동 구조와 연결된다. 본 발명에서, 다양한 채널들의 코리올리스 질량들은 직접 결합된다. 이로써, 예컨대 내부 코리올리스 질량들이 외부 코리올리스 질량들에 의해 구동되는 것인 요레이트 센서를 제공할 수 있다. 이 경우, 구동 구조들은 예컨대 외부 코리올리스 질량들에만 작용한다.

본 발명의 바람직한 구현예들 및 개선예들은 종속 청구항들 및 도면들을 참조로 한 기재내용에서 제시될 수 있다.

바람직한 개선예에 따라서, 제1 요레이트 센서 구조는, 기판에 상대적으로 그리고 제1 및 제2 구조에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제5 구조와, 기판에 상대적으로 그리고 제1, 제2 및 제5 구조에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제6 구조를 포함하고; 제5 및 제6 구조는 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있고; 제5 구조는, 제3 축에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 제2 및 제3 구조에 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제1, 제4 및 제6 구조에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며; 요레이트 센서는, 제5 구조에 작용하는 제5 힘 작용, 및 제5 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제6 구조에 작용하는 제6 힘 작용이 제1 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성된다. 이로써, 바람직하게는, 제1 요레이트는 조밀하고 간단한 방식으로, 그리고 특히 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 방식으로 검출될 수 있는 점이 가능해진다. 특히, 이로써, 서로 수직으로 연장되는 2개의 요레이트를 중심으로 하는 2개의 요레이트를 검출하기 위한 요레이트 센서는 종래 기술에 상대적으로 적은 공간 소요로 가능해 진다. 또한, 이로써, 4개의 질량을 포함하면서 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 X-요레이트 센서와 2개의 질량을 가지면서 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 Z-요레이트 센서의 결합이 가능해진다.

바람직한 개선예에 따라서, 제2 요레이트 센서 구조는, 기판에 상대적으로 그리고 제3 및 제4 구조에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제7 구조와, 기판에 상대적으로 그리고 제3, 제4 및 제7 구조에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제8 구조를 포함하고; 제7 및 제8 구조는 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있고; 제7 구조는, 제3 축에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 제1 및 제4 및/또는 제6 구조에 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 및 제3 및 제8 및/또는 제5 구조에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며; 요레이트 센서는, 제7 구조에 작용하는 제7 힘 작용, 및 제7 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제8 구조에 작용하는 제8 힘 작용이 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성된다. 이로써, 바람직하게는, 제2 요레이트는 조밀하고 간단한 방식으로, 그리고 특히 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 방식으로 검출될 수 있는 점이 가능해진다. 특히, 이로써, 상향 또는 하향 이동되는 질량들은 동일할 수 있다. 특히, 이로써, 동위상 진동하는 구조들의 질량들의 합이 실질적으로 역위상 진동하는 구조들의 질량들의 합에 상응하는 점이 가능해진다. 그에 따라, 대칭성을 통해, 부분 진동자들의 진폭들이 구동 이동에서 모두 동일하고 공정 변이(process variation)를 통해서도 달라질 수 없는 점이 보장된다. 특히 대칭 배치구조는 외부 가속도에 대해 더 내구성이 있는데, 그 이유는 이런 경우 여기 가능한 모드들 역시도 그에 상응하게 대칭이면서, 차이가 있는 평가로 인해 신호를 공급하지 않기 때문이다.

바람직한 개선예에 따라서, 구동 장치는 하나 이상의 제1 구동 유닛과, 제1 구동 유닛과 결합되는 하나 이상의 제2 구동 유닛과, 제1 및 제2 구동 유닛으로부터 공간상 분리된 하나 이상의 제3 구동 유닛과, 제3 구동 유닛과 결합되는 하나 이상의 제4 구동 유닛을 포함하고, 제1, 제2, 제3 및 제4 구동 유닛은 실질적으로 동일하게 형성된다. 이로써, 바람직하게는, 개별 구조들 상호 간의 기계적으로 결합된 진동 및 특히 실질적으로 선형인 동위상 또는 역위상 진동은, 특히 구동 주파수에서, 구동 장치 내에서의 기계적 결합을 통해 보조되는 점이 가능해진다.

바람직한 개선예에 따라서, 제3 구조는, 제3 힘 작용을 검출하기 위한 제1 부분 구조를 포함하고, 제4 구조는 제4 힘 작용을 검출하기 위한 제2 부분 구조를 포함하며, 제1 부분 구조와 제2 부분 구조는 실질적으로 동일하게 형성된다. 그에 따라, 바람직한 방식으로, 구동 이동은 제2 요레이트를 검출하기 위한 검출 이동으로부터 기계적으로 분리된다. 이는, 제2 요레이트를 기반으로 하는 검출 신호의 특히 간단한 평가를 가능하게 한다.

바람직한 개선예에 따라서, 제7 구조는 제7 힘 작용을 검출하기 위한 제3 부분 구조를 포함하고, 제8 구조는 제8 힘 작용을 검출하기 위한 제4 부분 구조를 포함하며, 제3 부분 구조와 제4 부분 구조는 실질적으로 동일하게 형성된다. 그에 따라, 바람직한 방식으로, 구동 이동은 제2 요레이트를 검출하기 위한 검출 이동으로부터 기계적으로 분리되며, 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 요레이트 센서가 제공된다. 이는, 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 내구성이 있는 요레이트 센서의 경우, 제2 요레이트를 기반으로 하는 검출 신호의 특히 간단한 평가를 가능하게 한다. z-검출 콤들(detection comb)을 반으로 축소할 경우, 제7 및 제8 구조 없이, 비대칭인 경우에서와 동일한 검출 용량을 실현하기 위해, 코리올리스 프레임 및 검출 프레임은 2배로 유지된다.

바람직한 개선예에 따라서, 요레이트 센서는

-- 구동 장치와 제1, 제2, 제3 및 제4 구조를 결합하고, 그리고/또는 제5 구조와 제3 구조를 결합하고, 그리고/또는 제6 구조와 제4 구조를 결합하거나, 또는

-- 구동 장치와 제3, 제4, 제7 및 제8 구조를 결합하고, 제7 구조와 제1 구조를 결합하고, 제8 구조와 제2 구조를 결합하고, 그리고/또는 제5 구조와 제3 구조를 결합하고, 그리고/또는 제6 구조와 제4 구조를 결합하기 위한

하나 이상의 제1 커플링 수단을 포함하며; 제1 커플링 수단은 제1 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로, 그리고 제2 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 탄성 변형될 수 있고, 제3 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로는 실질적으로 형태 안정적이다. 예컨대, 직접적으로 서로 결합되는 코리올리스 질량들이 서로 방해하지 않도록 하기 위해, 구동 방향의 힘, 다시 말하면 Y-축에 대해 평행하게 작용하는 힘이 일측 코리올리스 질량으로부터 추가 코리올리스 질량으로 잘 전달되는 동시에, 연결된 코리올리스 질량들의 검출 방향에서의 힘, 다시 말해 X-축 및 Z-축에 대해 평행하게 작용하는 힘은 일측 코리올리스 질량으로부터 추가 코리올리스 질량으로 최대한 적게 전달되는 방식으로, 제1 커플링 수단은 X-채널 및 Z-채널의 코리올리스 질량들 사이에 형성된다. 이로써, 간단하고 기계적으로 견고하면서 비용 효과적인 방식으로, 공동 구동부를 구비하는 2개의 센서 코어가 결합되어 있는 요레이트 센서가 제공된다. 특히, 이로써, 외부 구조들, 다시 말해 제1 커플링 수단을 통해 구동 장치와 직접 상호작용하는 구조들의 구동 이동이, 내부 구조들, 다시 말해 제1 커플링 수단을 통해 구동 장치와 직접적으로 상호작용하지 않는 구조들로 전달되고, 그에 따라 외부 및 내부 구조들은 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있는 점이 가능해진다.

바람직한 개선예에 따라서, 요레이트 센서는, 제2 부분 구조와 제1 부분 구조를 결합하고, 그리고/또는 제4 부분 구조와 제3 부분 구조를 결합하기 위한 하나 이상의 제2 커플링 수단을 포함하며; 제2 커플링 수단은, 제1 부분 구조와 제2 부분 구조가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있도록, 그리고/또는 제3 부분 구조와 제4 부분 구조가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있도록 형성된다. 이로써, 바람직한 방식으로, 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 증가된 내구성을 가지면서 제2 요레이트를 검출하기 위한 요레이트 센서가 제공된다.

바람직한 개선예에 따라서, 요레이트 센서는, 제1, 제2, 제5 및 제6 구조를 결합하기 위한 하나 이상의 제3 커플링 수단을 포함하며; 제3 커플링 수단은, 제1 커플링 수단 구조 및 제2 커플링 수단 구조가 제3 축에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 실질적으로 서로 반대되는 방향으로 회동될 수 있도록, 제1 커플링 수단 구조와 제2 커플링 수단 구조를 포함한다. 이로써, 바람직한 방식으로, 선형 가속도 및 각 가속도에 대해 증가된 내구성을 가지면서 제1 요레이트를 검출하기 위한 요레이트 센서가 제공된다. 특히, 이로써, 제1, 제2, 제5 및 제6 구조가 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있는 동시에 제1, 제2, 제5 및 제6 힘 작용을 따라서 편향될 수 있도록, 제1, 제2, 제5 및 제6 구조의 결합이 가능해진다.

바람직한 개선예에 따라서, 요레이트 센서는, 제5 구조와 제1 구조를 결합하고 제6 구조와 제2 구조를 결합하기 위한 하나 이상의 제4 커플링 수단을 포함하며; 제4 커플링 수단은, 제1 축에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 회동 가능하게 형성되며; 제4 커플링 수단의 질량 중심점은 기계적으로 결합된 진동 동안 기판에 상대적으로 실질적으로 고정된다. 이로써, 바람직한 방식으로, 제4 커플링 수단이 구동 이동 중에는 정지하고 검출 이동 중에는 주 연장 평면에 대해 평행한 평면으로부터의 경동 이동을 하는 점이 가능해진다. 따라서, 제4 커플링 수단은 기계적 커플링 구조로서뿐만 아니라, 이와 동시에 코리올리스 검출 또는 양성 피드백(positive feedback)을 위한 전극으로서도 이용될 수 있다. 이로써, 바람직한 방식으로, 조밀한 센서 디자인을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 예시의 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제2 예시의 실시형태에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3에 따른 요레이트 센서를 도시한 개략도이다.

다양한 도면들에서, 동일한 부재들에는 항상 동일한 도면부호들이 부여되며, 그로 인해 동일한 부재들은 일반적으로 각각 한 번만 명명되고 언급된다.

도 1에는, 본 발명의 제1 예시의 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)의 개략도가 도시되어 있으며, 요레이트 센서(1)는 주 연장 평면(100)을 구비한 기판(3)과; 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서(1)의 제1 요레이트를 검출하기 위한 제1 요레이트 센서 구조(2)와; 제2 축(Z)에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서(1)의 제2 요레이트를 검출하기 위한 제2 요레이트 센서 구조(4)를; 포함한다. 또한, 요레이트 센서(1)는,

제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 구조(5, 9, 13, 15, 7, 11)가 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있는 방식으로,

- 각각 제1 요레이트 센서 구조(2)의 구조들이면서 기판(3)에 상대적으로 이동 가능한 제1 구조(5), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1 구조(5)에 상대적으로 이동 가능한 제2 구조(9), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1 및 제2 구조(5, 9)에 상대적으로 이동 가능한 제5 구조(7), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1, 제2 및 제5 구조(5, 9, 7)에 상대적으로 이동 가능한 제6 구조(11)를 편향시킬 뿐 아니라,

- 각각 제2 요레이트 센서 구조(4)의 구조들이면서 기판(3)에 상대적으로 이동 가능한 제3 구조(13), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3 구조(13)에 상대적으로 이동 가능한 제4 구조(15)도 편향시키기 위한

구동 장치(17)를 포함한다.

예컨대, 이 경우, 제1 구조(5) 및 제4 구조(15) 및 제6 구조(11)는, 각각 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 서로 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 구조(9) 및 제3 구조(13) 및 제5 구조(7)에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있다. 또한, 요레이트 센서(1)는, 예컨대 제1 구조(5)에 작용하는 제1 힘 작용, 및 제1 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제2 구조(9)에 작용하는 제2 힘 작용뿐만 아니라, 제5 구조(7)에 작용하는 제5 힘 작용, 및 제5 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제6 구조(11)에 작용하는 제6 힘 작용이 제1 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성된다. 또한, 요레이트 센서(1)는, 예컨대 제3 구조(13)에 작용하는 제3 힘 작용, 및 제3 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제4 구조(15)에 작용하는 제4 힘 작용이 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성된다.

도 2에는, 도 1에 따른 요레이트 센서(1)가 개략도로 도시되어 있으며, 도 2에는 요레이트 센서(1)의 개략적 이동 형태가 도시되어 있다. 이 경우, 질량들, 또는 구조들(5, 7, 9, 11, 13 및 15) 옆에 있는 화살표들은 예시의 구동 이동을 지시한다. 또한, 파선 화살표들은 측정 대상 외부 요레이트를 지시한다. 이는, 도 2에서, 예시로서 구조들(5, 7, 9, 11)에서의 제1 요레이트 및 구조들(13 및 15)에서의 제2 요레이트이다. 또한, 질량들 상의 실선 화살표들은, 예컨대 인가되는 제1 및 제2 요레이트를 기반으로, 각각의 힘 작용을 따라서 질량들의 편향을 야기하는 결과에 따른 힘 작용들을 지시한다.

도 3에는, 본 발명의 제2 예시의 실시형태에 따른 요레이트 센서(1)가 개략도로 도시되어 있으며; 제2 요레이트 센서 구조(4)는, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3 및 제4 구조(13, 15)에 상대적으로 이동 가능한 제7 구조(51)와, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3, 제4 및 제7 구조(13, 15, 51)에 상대적으로 이동 가능한 제8 구조(53)를 포함하며; 제7 및 제8 구조(51, 53)는 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있다. 이 경우, 제7 구조(51)는, 예컨대, 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 제1, 제4 및 제6 구조(5, 15, 11)에 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 및 제3 및 제8 및 제5 구조(9, 13, 53, 7)에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있다. 또한, 요레이트 센서(1)는, 예컨대, 제7 구조(51)에 작용하는 제7 힘 작용, 및 제7 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제8 구조(53)에 작용하는 제8 힘 작용이 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성된다. 도 3에 도시된 요레이트 센서는 예컨대 2개의 측면 로커(lateral rocker)를 추가로 포함하며, 이 측면 로커들은 제7 구조(51)와 제3 구조(13)를 결합하고 제8 구조(53)와 제4 구조(15)를 결합한다. 이로써, 바람직한 방식으로, 공동 Z-검출 주파수가 확보된다.

도 4에는, 도 3에 따른 요레이트 센서(1)가 개략도로 도시되어 있으며, 도 4에는 요레이트 센서(1)의 개략적 이동 형태가 도시되어 있다. 도 2에서와 유사하게, 여기서도, 질량들 옆에 있는 화살표들은 예시의 구동 이동을 지시하고, 파선 화살표들은 측정 대상 외부 요레이트를 지시하며, 질량들 상의 실선 화살표들은 결과에 따른 힘 작용을 지시한다.

도 1 및 도 3에 도시된 실시예의 경우, 구동 장치(17)는 제1 구동 유닛(21)과, 제1 구동 유닛(21)과 결합된 제2 구동 유닛(31)과, 제1 및 제2 구동 유닛(21, 31)으로부터 공간상 분리된 제3 구동 유닛(27)과, 제3 구동 유닛(27)과 결합된 제4 구동 유닛(37)을 포함한다. 도 1 및 도 3에 도시된 실시예들에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 구동 유닛(21, 31, 27, 37)은 실질적으로 동일하게 형성된다. 예컨대, 제1 구동 유닛(21) 및 제2 구동 유닛(31)뿐 아니라 제3 구동 유닛(27) 및 제4 구동 유닛(37)은 DE 10 2011 006 394 A1호에서 공지된 구동 로커(K4)(drive rocker)에 의해 결합된다.

또한, 도 1 및 도 3에 예시로 도시된 실시예에서, 제3 구조(13)는, 제3 힘 작용을 검출하기 위한 제1 부분 구조(213)를 포함하고, 제4 구조(15)는 제4 힘 작용을 검출하기 위한 제2 부분 구조(215)를 포함하며, 제1 부분 구조(213)와 제2 부분 구조(215)는 실질적으로 동일하게 형성된다. 도 3에 예시로 도시된 실시예의 경우, 제7 구조(51)는 제7 힘 작용을 검출하기 위한 제3 부분 구조(251)를 포함하고, 제8 구조(53)는 제8 힘 작용을 검출하기 위한 제4 부분 구조(253)를 포함하며, 제3 부분 구조(251)와 제4 부분 구조(253)는 실질적으로 동일하게 형성된다.

추가로, 도 1 및 도 3에 도시된 요레이트 센서(1)는 제1 커플링 수단(101)과, 제2 커플링 수단(102)과, 제3 커플링 수단(103)과, 제4 커플링 수단(104)을 포함한다. 예컨대 제1 커플링 수단(101)은 X- 및 Z-방향으로 연질이고 구동 방향(Y)으로는 경질인 커플링 스프링(K1)을 포함하고, 제2 커플링 수단(102)은 DE 10 2011 006 394 A1호에서 공지된 Z-검출을 위한 커플링 구조(K2)를 포함하고, 제3 커플링 수단(103)은 DE 10 2010 061 755 A1호에서 공지된 X-채널의 커플링 구조(K3)를 포함하며, 제4 커플링 수단(104)은 DE 10 2010 061 755 A1호에서 공지된 X-채널의 커플링 로커(K4)를 포함한다.

제1 커플링 수단(101)은,

-- 도 1에 도시된 것처럼, 구동 장치(17)와 제1, 제2, 제3 및 제4 구조(5, 9, 13, 15)를 결합하고, 제5 구조(7)와 제3 구조(13)를 결합하고, 제6 구조(11)와 제4 구조(15)를 결합하기 위해, 또는

-- 도 3에 도시된 것처럼, 구동 장치(17)와 제3, 제4, 제7 및 제8 구조(13, 15, 51, 53)를 결합하고, 제7 구조(51)와 제1 구조(5)를 결합하고, 제8 구조(53)와 제2 구조(9)를 결합하고, 제5 구조(7)와 제3 구조(13)를 결합하고, 제6 구조(11)와 제4 구조(15)를 결합하기 위해 제공된다. 이 경우, 제1 커플링 수단(101)은 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로, 그리고 제2 축(Z)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 탄성 변형될 수 있거나 연질이며, 그리고 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로는 실질적으로 형태 안정적이거나 경질이다.

또한, 제2 커플링 수단(102)은, 제2 부분 구조(215)(도 1)와 제1 부분 구조(213)를 결합하기 위해, 그리고/또는 제4 부분 구조(253)(도 3)와 제3 부분 구조(251)를 결합하기 위해 제공된다. 이 경우, 제2 커플링 수단(102)은, 제1 부분 구조(213)와 제2 부분 구조(215)가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있고, 그리고/또는 제3 부분 구조(251)와 제4 부분 구조(253)가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있는 방식으로 형성된다.

또한, 제3 커플링 수단(103)은 제1, 제2, 제5 및 제6 구조(5, 9, 7, 11)를 결합하기 위해 제공된다. 이 경우, 제3 커플링 수단(103)은, 제1 커플링 수단 구조(1103) 및 제2 커플링 수단 구조(2103)가 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 실질적으로 서로 반대되는 방향으로 회동될 수 있는 방식으로, 제1 커플링 수단 구조(1103)와 제2 커플링 수단 구조(2103)를 포함한다.

마지막으로, 제4 커플링 수단(104)은 제5 구조(7)와 제1 구조(5)를 결합하기 위해, 그리고 제6 구조(11)와 제2 구조(9)를 결합하기 위해 제공된다. 이 경우, 제4 커플링 수단(104)은 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 회동 가능하게 형성된다. 또한, 제4 커플링 수단(104)의 질량 중심점은, 기계적으로 결합된 진동 동안, 기판(3)에 상대적으로 실질적으로 고정된다.

Claims

주 연장 평면(100)을 구비한 기판(3)과; 주 연장 평면(100)에 대해 평행하게 연장되는 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서(1)의 제1 요레이트를 검출하기 위한 하나 이상의 제1 요레이트 센서 구조(2)와; 주 연장 평면(100)에 대해 수직으로 연장되는 제2 축(Z)에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 요레이트 센서(1)의 제2 요레이트를 검출하기 위한 하나 이상의 제2 요레이트 센서 구조(4)를; 포함하는 요레이트 센서(1)로서,
요레이트 센서(1)는,
제1, 제2, 제3 및 제4 구조(5, 9, 13, 15)가 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있는 방식으로,
-- 기판(3)에 상대적으로 이동 가능한, 제1 요레이트 센서 구조(2)의 하나 이상의 제1 구조(5), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1 구조(5)에 상대적으로 이동 가능한, 제1 요레이트 센서 구조(2)의 하나 이상의 제2 구조(9)를 편향시킬 뿐 아니라,
-- 기판(3)에 상대적으로 이동 가능한, 제2 요레이트 센서 구조(4)의 하나 이상의 제3 구조(13), 및 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3 구조(13)에 상대적으로 이동 가능한, 제2 요레이트 센서 구조(4)의 하나 이상의 제4 구조(15)도 편향시키기 위한
구동 장치(17)를 포함하는, 상기 요레이트 센서에 있어서,
제1 구조(5) 및 제4 구조(15)는, 각각 제1 축(X)에 대해 수직으로, 그리고 제2 축(Z)에 대해 수직으로 연장되는 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분들을 가지면서, 서로 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 구조(9) 및 제3 구조(13)에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며, 요레이트 센서(1)는, 제1 구조(5)에 작용하는 제1 힘 작용, 및 제1 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제2 구조(9)에 작용하는 제2 힘 작용이 제1 요레이트를 기반으로 검출될 수 있고, 제3 구조(13)에 작용하는 제3 힘 작용, 및 제3 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제4 구조(15)에 작용하는 제4 힘 작용은 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항에 있어서, 제1 요레이트 센서 구조(2)는, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1 및 제2 구조(5, 9)에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제5 구조(7)와, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제1, 제2 및 제5 구조(5, 9, 7)에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제6 구조(11)를 포함하고; 제5 및 제6 구조(7, 11)는 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있고; 제5 구조(7)는, 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 제2 및 제3 구조(9, 13)에 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제1, 제4 및 제6 구조(5, 15, 11)에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며; 요레이트 센서(1)는, 제5 구조(7)에 작용하는 제5 힘 작용, 및 제5 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제6 구조(11)에 작용하는 제6 힘 작용이 제1 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 요레이트 센서 구조(4)는, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3 및 제4 구조(13, 15)에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제7 구조(51)와, 기판(3)에 상대적으로 그리고 제3, 제4 및 제7 구조(13, 15, 51)에 상대적으로 이동 가능한 하나 이상의 제8 구조(53)를 포함하고; 제7 및 제8 구조(51, 53)는 기계적으로 결합된 진동을 하도록 여기될 수 있고; 제7 구조(51)는, 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 이동 성분을 가지면서, 제1 및 제4 및/또는 제6 구조(5, 15, 11)에 상대적으로 실질적으로 선형인 동위상 진동을 하도록 그리고 제2 및 제3 및 제8 및/또는 제5 구조(9, 13, 53, 7)에 상대적으로는 실질적으로 선형인 역위상 진동을 하도록 여기될 수 있으며; 요레이트 센서(1)는, 제7 구조(51)에 작용하는 제7 힘 작용, 및 제7 힘 작용에 대해 실질적으로 역위상이면서 제8 구조(53)에 작용하는 제8 힘 작용이 제2 요레이트를 기반으로 검출될 수 있는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구동 장치(17)는 하나 이상의 제1 구동 유닛(21)과, 제1 구동 유닛(21)과 결합되는 하나 이상의 제2 구동 유닛(31)과, 제1 및 제2 구동 유닛(21, 31)으로부터 공간상 분리된 하나 이상의 제3 구동 유닛(27)과, 제3 구동 유닛(21, 31, 27)과 결합되는 하나 이상의 제4 구동 유닛(37)을 포함하며, 제1, 제2, 제3 및 제4 구동 유닛(21, 31, 27, 37)은 실질적으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 구조(13)는, 제3 힘 작용을 검출하기 위한 제1 부분 구조(213)를 포함하고, 제4 구조(15)는 제4 힘 작용을 검출하기 위한 제2 부분 구조(215)를 포함하며, 제1 부분 구조(213)와 제2 부분 구조(215)는 실질적으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제7 구조(51)는 제7 힘 작용을 검출하기 위한 제3 부분 구조(251)를 포함하고, 제8 구조(53)는 제8 힘 작용을 검출하기 위한 제4 부분 구조(253)를 포함하며, 제3 부분 구조(251)와 제4 부분 구조(253)는 실질적으로 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 요레이트 센서(1)는,
-- 구동 장치(17)와 제1, 제2, 제3 및 제4 구조(5, 9, 13, 15)를 결합하고, 그리고/또는 제5 구조(7)와 제3 구조(13)를 결합하고, 그리고/또는 제6 구조(11)와 제4 구조(4)를 결합하거나, 또는
-- 구동 장치(17)와 제3, 제4, 제7 및 제8 구조(13, 15, 51, 53)를 결합하고, 제7 구조(51)와 제1 구조(5)를 결합하고, 제8 구조(53)와 제2 구조(9)를 결합하고, 그리고/또는 제5 구조(7)와 제3 구조(13)를 결합하고, 그리고/또는 제6 구조(11)와 제4 구조(15)를 결합하기 위한 하나 이상의 제1 커플링 수단(101)을 포함하며;
제1 커플링 수단(101)은 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로, 그리고 제2 축(Z)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 탄성 변형될 수 있고, 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로는 실질적으로 형태 안정적인 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 요레이트 센서(1)는, 제2 부분 구조(215)와 제1 부분 구조(213)를 결합하고, 그리고/또는 제4 부분 구조(253)와 제3 부분 구조(251)를 결합하기 위한 하나 이상의 제2 커플링 수단(102)을 포함하며; 제2 커플링 수단(102)은, 제1 부분 구조(213)와 제2 부분 구조(215)가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있도록, 그리고/또는 제3 부분 구조(251)와 제4 부분 구조(253)가 서로 상대적으로 실질적으로 단지 역위상으로만 편향될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 요레이트 센서(1)는, 제1, 제2, 제5 및 제6 구조(5, 9, 7, 11)를 결합하기 위한 하나 이상의 제3 커플링 수단(103)을 포함하며; 제3 커플링 수단(103)은, 제1 커플링 수단 구조(1103) 및 제2 커플링 수단 구조(2103)가 제3 축(Y)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 실질적으로 서로 반대되는 방향으로 회동될 수 있도록, 제1 커플링 수단 구조(1103)와 제2 커플링 수단 구조(2103)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 요레이트 센서(1)는, 제5 구조(7)와 제1 구조(5)를 결합하고 제6 구조(11)와 제2 구조(9)를 결합하기 위한 하나 이상의 제4 커플링 수단(104)을 포함하고; 제4 커플링 수단(104)은, 제1 축(X)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 축을 중심으로 회동 가능하게 형성되며; 제4 커플링 수단(104)의 질량 중심점은 기계적으로 결합된 진동 동안 기판(3)에 상대적으로 실질적으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 요레이트 센서(1).