TWI658252B - 具三條靈敏軸的轉速感測器及製造此轉速感測器的方法 - Google Patents

具三條靈敏軸的轉速感測器及製造此轉速感測器的方法 Download PDF

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Abstract

一種轉速感測器用於檢測出此轉速感測器的旋轉運動，其中該轉速感測器具有：一第一感測器構造，其具有一第一振動質量塊，一第二感測器構造，其具有一第二振動質量塊，及一驅動構造，其與該第一振動質塊和該第二振動質量塊耦合；其中該第一感測器構造建構成用於檢測出繞一第一旋轉軸的一第一轉速，該第二感測器構造建構成用於檢測出繞一第二旋轉軸的一第二轉速，其中該第一振動質量塊可被驅動成沿一第一振動方向的一第一驅動振動，其中該第二振動質量塊可被驅動成沿一與第一振動方向不同的第二振動方向的一第二驅動振動，其中該第一旋轉軸設成垂直於該第一振動方向，及該第二旋轉軸設成垂直於該第二振動方向，其特徵在於，該第二感測器構造建構成用於檢測出繞一第三旋轉軸的一第三轉速，該第三旋轉軸與該第 二旋轉軸不同且垂直於該第二振動方向。

Description

具三條靈敏軸的轉速感測器及製造此轉速感測器的方法
本發明假定根據申請專利範圍第1項引文的一種轉速感測器。
習知技術有具有數條靈敏軸的此類轉速感測器。舉例而言，具有三條靈敏軸的傳統轉速感測器中，各有三個分別的感測器構造(它們各有一條靈敏軸)設在一共同的基材上。由於感測器構造沿一個垂直於基材主延伸平面的投影方向相鄰設置，故這種轉速感測器之構形較大，因此面積需求較高，想減少轉速感測器的構形特別受以下因素限制：在感測器構造減少時，對於驅動頻率的特定要求，感測器靈敏度及/或製造容許誤差不能維持或只能花大成本維持。
與之相較，依本發明的轉速感測器和製造轉速感測器的方法有一優點，即可提供具有三條靈敏軸及很緊密構形的轉速感測器。具有三條靈敏軸的轉速感測器此處也稱三通道或三軸轉速感測器。同時該轉速感測器建構成使第一振動質量塊和第二振動質量塊可被驅動成耦合之驅動振 動或驅動模式，且利用第二感測器構造可利用同一振動質量塊檢測出繞不同旋轉軸的第二轉速和第三轉速。特別是第一或第二感測器構造有一轉向方法，如此驅動構造沿一驅動方向的驅動運動可被轉換成沿第一或第二振動方向的第一或第二振動質量塊的驅動振動。在此，特別是振動方向設成垂直於驅動方向。具有三條靈敏軸依據本發明的轉速感測器基於科氏定律(Coriolisprinzip)，且舉例而言，可用在汽車領域及/或消費性電子領域，其中由於構造尺寸小且構形簡單，故可提供相對較廉價的轉速感測器，它可相對較多方面地使用。此外，由於比起三個單獨感測器，其構造方式緊密地耦合，因此可在轉速感測器內設一較簡單的分析電路。利用依據本發明的轉速感測器，可特別有利地利用驅動構造的一種共同驅動運動，提供該振動質量塊的一種驅動器以檢測繞各旋轉軸的各一轉速。利用只具有一種簡單直線運動的傳統轉速感測器，舉例而言，只能檢測繞二條軸的旋轉運動。特別是此處提供一種在驅動構造與振動質量塊之間的耦合的特別形式，其中設有一個轉向元件或轉向框，圍住該第一振動質量塊及/或第二振動質量塊，它將驅動構造的一驅動運動轉換成沿第一振動方向的第一驅動振動及/或沿第二振動方向的第二驅動振動。特別是驅動構造為一種驅動框及/或一種特別是框條形的驅動樑。第一振動質量塊特別包含二個可互相反相驅動的第一部分振動質量塊，它們建構成用於檢測繞一第一旋轉軸的轉速。特佳的方式為第二振動質量塊包含一第二部分質量塊及另一第二部分質量塊，它們可互相反相驅動，其中各個第二部分振動質量塊特別同時檢測繞第二旋轉軸的第二轉速及繞第三旋轉軸的第三轉速。
本發明有利的構造設計和進一步特點係見於申請專利範圍 以及參考圖式的說明。
依一較佳之進一步特點提供，該第一振動質量塊經一第一轉向元件與該驅動構造耦合，及/或該第二振動質量塊經一第二轉向元件與該驅動構造耦合，其中該第一轉向元件及/或該第二轉向元件特別建構成使該第一振動方向設成垂直於該第二振動方向。依另一較佳的進一步特點提供，該第一轉向元件為一個繞著該第一振動質量塊的第一框，其與該第一振動質量塊耦合，及/或其中該第二轉向元件為一個繞著該第二振動質量塊的第二框，其與該第二振動質量塊耦合。如此可有利地提供一種緊密的三軸式轉速感測器，其中該感測器構造的所有振動質量塊利用同一驅動構造驅動。
依又一有利之進一步特點提供，該第一框及/或該第二框包含四個角形元件，其中各角形至少有一第一腿及一第二腿且利用該第一腿及該第二腿各耦合到該四個角形中的另一個相鄰的角形元件。藉提供數個角形元件，可有利地使第一及/或第二振動質量之驅動構造的沿第二方向的一種驅動運動準確地轉向到另一方向，特別是沿第一振動方向，並抑制不想要的運動形式(所謂之干擾模式)特別是部分振動質量塊的一種同相運動，同時提供具有緊密構造和三條靈敏軸的轉速感測器。
依再一較佳的進一步特點提供，該轉速感測器有一具一主延伸平面的基材，其中該驅動構造設成可平行於該主延伸平面運動，特別是直線運動，其中該第一振動方向和第二振動方向設成平行於該主平面，其中該第一振動質量塊和第二振動質量塊設成可垂直於該主延伸平面偏移，且其中該第二振動質量塊設成可平行於主延伸平面偏移。如此可有利地將 用於檢測繞第一旋轉軸的一種轉速的一第一感測器構造及用於檢測繞第二旋轉軸的一種轉速以及用於檢測繞第三旋轉軸的一種轉速的一第二感測器構造沿一投影方向相鄰設置在一共同基材上並將二振動質量塊利用相同驅動構造驅動。
依另一較佳的進一步特點提供，該第一振動質量塊具有一第一部分振動質量塊及與第一部分振動質量塊耦合之一另一第一部分振動質量塊，及/或第二振動質量塊具有一第二部分振動質量塊及與第二部分振動質量塊耦合之一另一第二部分振動質量塊，其中該第一部分振動質量塊與該另一第一部分振動質量塊可被驅動成一第一反相的第一驅動振動，其中該第二部分振動質量塊和該另一第二部分振動質量塊可被驅動成一反相之第二驅動振動。如此即使驅動構造設計較簡單，仍可有利地將第二部分質量塊及另一第二部分質量塊的反相之第二驅動振動維持良好。
依又一有利的進一步特點提供，該第一感測器構造具有一第一電極裝置，其中該第二感測器構造具有一第二電極裝置及一第三電極裝置，其中該第一電極裝置建構成用於檢測該第一振動質量塊垂直於該基材的該主延伸平面的偏移，及該第二電極裝置建構成用於檢測該第二振動質量塊垂直於該基材的主延伸平面的偏移，其中該第三電極裝置建構成用於檢測該第二振動質量塊平行於該主延伸平面的偏移。如此可有利地將數個電極裝置設在相對較小的感測器空間體積中。
依再一有利的進一步特點提供，該第一電極裝置具有一第一電極面，其平行於該基材的主延伸平面延伸，及/或該第二電極裝置具有一第二電極面，其平行於該基材的主延伸平面延伸，且/或該第三電極裝置具 有多數框條形的部分電極，其中特別是該第三電極裝置的多數部分電極設在該第二振動質量塊的一凹隙中。如此可有利地將平坦延伸的電極設在基材的一導體電路面，其例如包含多晶矽，以節省更多構造空間。此外，轉速感測器的緊密性還可用以下方式進一步改善，將第三電極裝置設在振動質量塊的凹隙內。電極面特別與垂直於主延伸平面設在電極面上方的振動質量塊構成電容器面，且因此可檢測垂直於基材主延伸平面的運動。
依本發明的方法另一較佳的進一步特點提供，在一第三製造步驟中將該第一振動質量塊經一第一轉向元件與該驅動構造的耦合及/將該第二振動質量塊經一第二轉向元件與該驅動構造耦合，其中特別是將該第一轉向元件設計成一個繞該第一振動質量塊的第一框，及/或將該第二轉向元件設計成一繞該第二振動質量塊的第二框，其中特別是將該第一振動質量塊耦合到該第一框及/或將該第二振動質量塊耦合到該第二框。如此可有利地提供一種緊密的轉速感測器，它有二個振動質量塊，其可利用相同驅動器構造驅動，且相對於三條不同的旋轉軸具有靈敏度。
依本發明的方法的再一較佳的進一步特點提供，在該第三製造步驟中，四個角形元件其中各角形元件至少各有一第一腿及一第二腿，將該角形元件互相耦合到該第一框及/或該第二框，其中各角形元件用第一腿和第二腿各耦合到該四個角形元件的一相鄰的角形元件上。如此可有利地將振動質量塊的二個部分振動質量塊的反相振動作驅動，並部分振動質量塊的同相振動運動。
本發明的實施例示於圖式中並在以下詳細說明。
1‧‧‧轉速感測器
10‧‧‧第一感測器構造
11‧‧‧第一振動質量塊/第一部分振動質量塊
11’‧‧‧第一振動質量塊/第一部分振動質量塊
12‧‧‧第一耦合元件
13‧‧‧第一電極裝置
13’‧‧‧第一電極裝置
21‧‧‧第二振動質量塊/第二部分振動質量塊
21’‧‧‧第二振動質量塊/第二部分振動質量塊
20‧‧‧第二感測器構造
22‧‧‧第二耦合元件
23‧‧‧第二電極裝置
23’‧‧‧第二電極裝置
24‧‧‧第三電極裝置
24’‧‧‧第三電極裝置
30‧‧‧驅動構造
30’‧‧‧驅動構造
31‧‧‧驅動元件
31’‧‧‧驅動元件
32‧‧‧驅動彈簧
40‧‧‧轉向元件(框)
41‧‧‧角形元件
41’‧‧‧第一腿
41”‧‧‧第二腿
42‧‧‧角形元件
43‧‧‧角形元件
44‧‧‧角形元件
45‧‧‧耦合點
100‧‧‧主延伸平面
101‧‧‧第一方向/X方向
101’‧‧‧第一振動方向/箭頭
101”‧‧‧箭頭
102‧‧‧第二方向/Y方向
102’‧‧‧第二振動方向/箭頭
102”‧‧‧箭頭
103‧‧‧第三方向/Z方向
201‧‧‧第一旋轉軸
202‧‧‧第二旋轉軸
203‧‧‧第三旋轉軸
203’‧‧‧箭頭
203”‧‧‧箭頭
301‧‧‧箭頭
301’‧‧‧箭頭
302’‧‧‧箭頭
302”‧‧‧箭頭
圖1~圖8係依本發明不同實施例的轉速感測器。
在不同的圖中，相同的部分始終用同樣圖號表示，因此一般只說明一次。
圖1係依本發明一實施例的一轉速感測器(1)，此處該轉速感測器(1)建構成用於檢測一繞一第一旋轉軸(201)的一旋轉運動的轉速以及檢測一繞一第二旋轉軸(202)及繞一第三旋轉軸(203)的旋轉運動的轉速。此處第一旋轉軸(201)和第二旋轉軸(202)設成互相正交，且各平行於轉速感測器(1)的主延伸平面(100)延伸，此外，轉速感測器(1)有一具有一第一振動質量塊(11,11’)的一第一感測器構造(10)以及具有一第二振動質量塊(21,21’)的一第二感測器構造(20)。
此處第一感測器構造(10)的第一振動質量塊(11,11’)有一第一部分振動質量塊(11)及另一第一部分振動質量塊(11’)，它們經由一第一耦合元件(12)互相耦合，此處第一耦合元件(12)設計成一扭力元件及/或一翹翹板(Wippen)構造形式，特別是耦合元件設在基材上可繞一條第一扭力軸〔圖未示，它平行於第一旋轉軸(201)〕以此方式樞轉，使第一部分振動質量塊(11)和另一第一部分振動質量塊(11’)可被驅動成一種反相之第一驅動振動，同時將部分振動質量塊(11,11’)的同相振動運動抑制。此處振動質量塊(11,11’)設在基材上，可沿平行於一第一方向(101)〔稱為X方向(101)〕的一第一振動方向(101’)轉向成第一驅動振動，其中第一振動方向(101’)平行於基材的主延伸平面(100)延伸。
為了產生第一驅動振動，將第一振動質量塊(11,11’)與一驅動構造(30)及特別是與另一驅動構造(30’)耦合。驅動構造(30)及/或另一驅動構造(30’)設成可平行於基材的主延伸平面(100)，特別是平行於第一檢測軸(201)及/或垂直於第一振動方向(101)及/或平行於一第二方向(102)〔稱為Y方向(102)〕運動。此處，驅動構造(30)對另一驅動構造(30’)呈反相運動；這點在圖1中利用反並聯的箭頭(301)及(301’)表示。此處平行於Y方向(102)的驅動構造(30,30’)的運動也稱驅動運動。
為了要將平行於Y方向(102)的驅動構造(30,30’)的驅動運動轉換成平行於X方向(101)的第一驅動振動，第一感測器構造(10)具有一轉向元件(40)，特別是一框(40)，它圍住振動質量塊(11,11’)一即第一部分振動質量塊(11)及另一第一部分振動質量塊，此處框(40)包含四個角形元件(41,42,43,44)，各角形元件各設在基材上可繞一樞轉軸樞轉，其中樞轉軸各設成平行於一條稱作Z-方向(103)的第三方向(103)，其中Z-方向(103)垂直於主延伸平面(100)延伸。特別是該四條樞轉軸設在該平坦設計的部分振動質量塊的一角落區域中，其中框(40)在靜止位置時特別是設計成長方形。四個角形元件(41,42,43,44)的各個特別設計成相同，其中角形元件(41,42,43,44)只有在基材上的朝向不同。各角形元件(41,42,43,44)特別具有一第一腿(41’)及一第二腿(41”)，其中特別是角形元件(41,42,43,44)的樞轉軸設在二腿(41’,41”)的一角落區域，二腿(41’,41”)在此角落區域互相連接。，特別是第一腿(41’)宜設成垂直於第二腿(41”)。此處轉向元件(40)與驅動構造(30)及/或另一驅動構造(30’)以及振動質量塊(11,11’)耦合成使得該驅動構造(30)和另一驅動構造(30’)的反相驅動運動〔見箭頭(301,301’)，其平 行於Y方向(102)延伸〕被轉換成一第一驅動振動〔見箭頭(101’)，其平行於X方向(101)延伸〕，X方向(101)垂直於Y方向(102)。此處X方向(101)及Y方向(102)設成平行於基材的主延伸平面。此外，特別是第一振動質量塊(11,11’)可平行於Z方向(103)偏移。換言之，利用轉速感測器(1)繞第一旋轉軸(20)的旋轉運動，可造成經由一第一科氏力引起之第一部分質量塊(11)及/或另一部分質量塊(11’)平行於Z方向(103)的反相之第一偏移運動。
此外，轉速感測器(1)具有第二感測器構造(20)，它具有一第二振動質量塊(21,21’)，其中該第二振動質量塊(21,21’)包含一第二部分振動質量塊(21)及另一第二部分振動質量塊(21’)，其中該二個部分振動質量塊(21,21’)可沿一第二驅動方向(102’)〔它和Y方向(102)平行〕互相成反相被驅動成一第二驅動振動。此處驅動構造(30)及/或另一驅動構造(30’)與第一感測器構造(10)的第一振動質量塊(11,11’)以及第二感測器構造(20)的第二振動質量塊(21,21’)耦合。此處第二振動質量塊(21,21’)可被驅動成沿一與第一振動方向(101’)不同之第二振動方向(102’)的一第二驅動振動，其中該第二振動方向(102’)特別設成垂直於第一振動方向(101’)。特別是第一振動方向(101’)和第二振動方向(102’)設成平行於基材的主延伸平面(100)。此處，第二部分振動質量塊(21)與另一第二部分振動質量塊(21’)經一第二耦合元件(22)耦合。特別是第二耦合元件(22)設成可相對於基材繞一條耦合樞轉軸(203)〔它垂直於基材的主延伸平面(100)延伸〕樞轉，同時可繞一扭轉軸〔它平行於X方向(10)及第二旋轉軸(202)延伸〕樞轉。此處耦合樞轉軸(203)沿第三旋轉軸(203)延伸。此外，特別是第二振動質量塊(21,21’)不僅可平行於Z方向(103)而且可平行於X方向偏移。這表示，利用轉 速感測器1的繞第二旋轉軸(202)作旋轉運動造成該第二部分振動質量塊(21,21’)及/或另外的第二振動質量塊(21)之一種由第二科氏力引起的平行於Z-方向103的反向的第二偏離運動，且利用轉速感測器(1)繞第三旋轉軸(203)的旋轉運動造成該二部分振動質量塊(21,21’)的一種由第三科氏力引起的平行於X方向(101)的反相之第二偏離運動。
圖2中顯示依本發明之另一實施例的轉速感測器(1)，它大致和圖1所示及說明的轉速感測器(1)的實施例相當。此處轉速感測器(1)具有一設在基材上的驅動元件(31)以產生驅動構造(30)的驅動運動及/或具有另一驅動元件(31’)以產生另一驅動構造(30’)的驅動運動。特別是驅動元件(31,31’)設計成梳狀構造。此外，轉速感測器(1)具有一第一電極裝置(13,13’)及一第二電極裝置(23,23’)其中特別是第一電極裝置(13,13’)建構配合一第一科氏力〔它平行於Z方向作用到第一振動質量塊(11,11’)〕以檢測第一電容變化，及或特別是第二電極裝置(23,23’)建構配合一第二科氏力〔它平行於Z方向作用到第二振動質量塊(21,21’)〕以檢測第二電容變化。此外轉速感測器(1)有一第三電極裝置(24,24’)，它用於配合該第三科氏力〔它平行於X方向(101)作用到第二振動質量塊(21,21’)〕以檢測一第三電容變化。特別是振動質量塊(11,11’,21,21’)的各部分質量塊(11,11’,21,21’)各有一分別的部分電極裝置(13,13’,23,23’,24,24’)與之清楚地配合，如圖2所示。
圖3中顯示依本發明另一實施例，它大致和上述之轉速感測器(1)的實施例相當。此處顯示轉速感測器(1)在驅動構造(30,30’)的反相驅動運動的情形，這點係利用反並聯的箭頭(302’,302”)表示。此處該驅動 構造(30)經一驅動彈簧(32)與一基材耦合，且設成可相對於基材運動。藉著將驅動構造(30)耦合到轉向元件(40)的一第一耦合點(45)，可將驅動構造(30)沿箭頭(302’)方向的一運動轉換成二個角形元件(41,42)的樞轉運動，因此角形元件(41,42)的腿的向耦合點(45)相反的末端對該反並聯的箭頭(101’,101”)所示的方向作反並聯方式的運動。此處激起該二個第一部分振動質量塊(11,11’)平行於X方向(10)的反相之第一驅動模式。角形元件(43,44)設成相對於第二旋轉軸(202)成鏡像對稱，且與另一驅動構造(30’)經另一耦合點(45’)耦合。第二感測器構造(20)的第二振動質量塊(21,21’)利用反相的驅動運動〔見箭頭(302’,302”)〕驅動成反相的第二驅動模式〔見反並聯箭頭(102’,102”)〕。此處二個第二部分振動質量塊(21,21’)經由耦合彈簧(22’)與第二耦合元件(22)耦合。
圖4中顯示依本發明又一實施例，它大致和上述之轉速感測器(1)的實施例相當。此處二個第二部分振動質量塊(21,21’)的第二偏離運動由於第二科氏力引起，它係由轉速感測器(1)繞第二旋轉軸(202)的旋轉運動來表示。利用第二振動質量塊(21,21’)的反向第二驅動振動--此處利用反並聯的箭頭(102’,102”)表示--在轉速感測器(1)繞第二旋轉軸(202)的旋轉運動時，第二部分質量塊(21)平行於Z方向(102)偏移〔見箭頭(202’)〕，而另一第二部分振動質量塊(21’)沿一相反方向偏移〔見箭頭(202”)〕。
圖5中顯示依本發明另一實施例，它大致上轉速感測器(1)之已述之實施例相當。此處顯示由於轉速感測器(1)繞第一旋轉軸(201)的旋轉運動造成之第一科氏力引起的二個第一部分振動質量塊(11,11’)的第一偏離運動。利用第一振動質量塊(11,11’)的反相之第一驅動振動--此處用反 並聯之箭頭(101’,101”)表示--在轉速感測器(1)繞第一旋轉軸(201)偏移〔見箭頭(201’)〕而另一部分振動質量塊(11’)沿相反方向〔見箭頭(201”)〕偏移。
圖6中顯示依本發明另一實施例，它大致和轉速感測器(1)之上述實施例相當。此處顯示由於轉速感測器(1)繞第三旋轉軸(203)的旋轉運動引起之第三科氏力造成之二個第二部分振動質量塊(21,21’)的另一第二偏離運動。利用第二振動質量塊(21,21’)的反相第二驅動振動--此處用反並聯的箭頭(102’,102”)表示--在轉速感測器(1)繞第三旋轉軸(203)的旋轉運動時，第二部分振動質量塊(21)平行於X方向(101)偏移〔見箭頭(203’)〕，而另一第二振動質量塊(21’)沿一相反方向〔見箭頭(203”)〕偏移。在另一第二偏離運動時，第二耦合元件(22)繞第三旋轉軸(203)樞轉。
圖7顯示依本發明另一實施例的轉速感測器(1)，它大致和上述轉速感測器(1)的實施例相當。此處第二感測器構造(20)設在第一部分振動質量塊(11)和第一感測器構造(10)的另一部分振動質量塊(11)之間。
舉例而言，當轉速感測器相對於一條軸或數條軸設為不對稱，由於製造條件影響引起的彈簧及質量塊塊條的構造寬度變動，會造成振動形式或驅動模式及/或檢測模式改變。舉例而言，由於驅動構造或驅動框元件的和平面平行的驅動運動，當構造寬度不合標稱值時，會造成「驅動框元件」的一種輕微的歪斜(Schief)振動，舉例而言，在此時，一驅動框元件的一邊的一第一振幅比另一邊更大或更小，特別是驅動框元件的相反的一邊。因此，舉例而言，第一振動質量塊的第一驅動振動的振幅和第二振動質量塊的第二驅動振動的振幅有偏差，且造成信號靈敏度不同或干擾 信號，例如，所知之「平方」(Quadratur)概念。
反之，圖7所示之實施例比前述實施例具有較大對稱性。此處第一感測器構造(10)的第一部分振動質量塊(11)和另一第一部分振動質量塊(11’)在空間上係設成和設在中央的第二感測器構造(20)分開。如上述實施例，第一驅動振動--亦即第一部分振動質量塊(11)的一第一部分驅動振動以及另一第一部分振動質量塊(11’)的另一第一部分驅動振動--利用驅動構造(30)及/或另一驅動構造(30)驅動，其中，沿Y方向(102)的驅動運動經由轉向框(40)--它包含對應設置的部分框--轉換成平行於X方向(101)的第一驅動振動。由於二個部分振動質量塊在空間分離，故此處和圖1~圖6所示之實施例不同者自然為沒有利用第一耦合元件(12)做直接的彈簧耦合(見圖1)。因此，透過製造條件造成之頻散作用，二個第一振動質量塊(11,11’)的正常模式的共振頻率會互相略不同，且提供之信號的靈敏度不同。
圖8顯示依本發明另一實施例的一轉速感測器，它大致和上述轉速感測器(1)的實施例相當。此處，第二感測器構造(20)設計和第一感測器構造(10)相同，其中第一感測器構造建構成用於檢測經第一旋轉軸(201)的第一轉速，第二感測器構造建構成用於檢測經第二旋轉軸(202)的第二轉速，第二感測器構造建構成用於檢測經第三旋轉軸(203)的第三轉速，且另外第一感測器構造建構成用於檢測經第四旋轉軸(204)的第四轉速。此處第四旋轉軸(204)設成平行於第三旋轉軸(203)，特別是設成垂直於主延伸平面(100)。此外，第一感測器構造具有第一框(40)，第二感測器構造(20)具有第二框(50)，其中第一框(40)和第二框(50)設計成相同，其中只有振動質量塊(11,11’)或(21,21’)相對於第一框(40)或第二框(50)的設置及/或耦合不同。
此處該驅動構造(30)的驅動運動及/或另一驅動構造(102)平行於Y方向(102)的驅動運動耦入第二振動質量塊(21,21’)的第二驅動振動而無轉向。驅動構造(30)及/或另一驅動構造的驅動運動利用轉向框(40)轉換成第一振動質量塊沿第一振動方向(101’)平行於X軸的第一驅動振動。此處，該檢測信號(它由感測器構造配合各檢測之平行於Z方向的轉速)配接在轉速感測器的一晶片中，因此對與繞第一旋轉軸(201)的第一轉速以及繞第二旋轉軸(202)的第二轉速配合的轉速信號只提供一轉速信號到該轉速感測器的一電分析電路。

Claims (22)

  1. 一種轉速感測器(1)，用於檢測此轉速感測器(1)的旋轉運動，其中該轉速感測器(1)具有：一第一感測器構造(10)，其具有一第一振動質量塊(11,11’)，其經由一第一轉向元件(40)耦合到一驅動構造(30)，一第二感測器構造(20)，其具有一第二振動質量塊(21,21’)，其耦合到該驅動構造(30)，其中該第一感測器構造(10)建構成用於檢測繞一第一旋轉軸(201)的一第一轉速，該第二感測器構造(20)建構成用於檢測繞一第二旋轉軸(202)的一第二轉速，其中該第一振動質量塊(11,11’)可被驅動成沿一第一振動方向(101’)的一第一驅動振動，其中該第二振動質量塊(21,21’)可被驅動成沿一與第一振動方向(101’)不同的第二振動方向(102’)的一第二驅動振動，其中該第一旋轉軸(201)設成垂直於該第一振動方向(101’)，及該第二旋轉軸(202)設成垂直於該第二振動方向(102’)，該第二感測器構造(20)建構成用於檢測繞一第三旋轉軸(203)的一第三轉速，該第三旋轉軸(203)與該第二旋轉軸(202)不同且垂直於該第二振動方向(102’)，該第一轉向元件(40)包含四個角形元件(41,42,43,44)，其中各角形元件(41,42,43,44)設計成對應於該驅動構造，繞該驅動方向的驅動運動而作樞轉，以沿該第一振動質量塊的第一振動方向的第一驅動振動，該驅動方向垂直於該第一振動方向。
  2. 如申請專利範圍第1項之轉速感測器，其中，該第一轉向元件設計成使該第一振動方向垂直於該第二振動方向。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器，其中，該轉速感測器(1)有一具一主延伸平面(100)的基材，其中該驅動構造(30)設成平行於該主延伸平面運動，其中該第一振動方向(101’)和第二振動方向(102’)設成平行於該主平面(100)，其中該第一振動質量塊(11,11’)和第二振動質量塊(21,21’)設成可垂直於該主延伸平面(100)偏移，且其中該第二振動質量塊(21,21’)設成可平行於主延伸平面(100)偏移。
  4. 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器，其中，該第一振動質量塊(11,11’)有一第一部分振動質量塊(11)及與該第一部份振動質量塊耦合的另一第一部分振動質量塊(11’)，其中該第一部分振動質量塊(11)與該另一第一部分振動質量塊(11’)可被驅動成一反相的第一驅動振動。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之轉速感測器，其中，該第一感測器構造(10)有一第一電極裝置(13)，其中該第二感測器構造(20)有一第二電極裝置(23)及一第三電極裝置(24)，其中該第一電極裝置(13)建構成用於檢測該第一振動質量塊(11,11’)垂直於該基材的該主延伸平面(100)的偏移，及該第二電極裝置(23)建構成用於檢測該第二振動質量塊(21,21’)垂直於該基材的主延伸平面(100)的偏移，其中該第三電極裝置(24)建構成用於檢測該第二振動質量塊(21,21’)平行於該主延伸平面(100)的偏移。
  6. 如申請專利範圍第7項之轉速感測器，其中，該第一電極裝置(13)有一第一電極面，其平行於該基材的主延伸平面(100)延伸，及/或該第二電極裝置(23)有一第二電極面，其平行於該基材的主延伸平面(100)延伸，及/或該第三電極裝置(24)有多數框條形的部分電極，其中特別是該第三電極裝置(24)的多數部分電極設在該第二振動質量塊(23)的一凹隙中。
  7. 如申請專利範圍第7項之轉速感測器，其中，該第一電極裝置(13)有一第一電極面，其平行於該基材的主延伸平面(100)延伸，及/或該第二電極裝置(23)有一第二電極面，其平行於該基材的主延伸平面(100)延伸，及/或該第三電極裝置(24)有多數框條形的部分電極，其中特別是該第三電極裝置(24)的多數部分電極設在該第二振動質量塊(23)的一凹隙中。
  8. 一種轉速感測器(1)，用於檢測此轉速感測器(1)的旋轉運動，其中該轉速感測器(1)具有：一第一感測器構造(10)，其具有一第一振動質量塊(11,11’)，其耦合到一驅動構造，且設計成將繞一第一旋轉軸的第一轉速檢出，一第二感測器構造(20)，其具有一第二振動質量塊(21,21’)，其耦合到該驅動構造，且設計成將繞一第二旋轉軸的第二轉速及一繞一第三旋轉軸的第三轉速檢出，該第二旋轉軸與該第三旋轉軸不同，一驅動構造(30)，其與該第一振動質量塊(11,11’)和該第二振動質量塊(21,21’)耦合，該驅動構造耦合到該第一及第二振動質量塊，該第一振動質量塊可受驅動成沿一第一振動方向的第一驅動振動，該第二振動質量塊可被驅動成沿一與該第一振動方向不同的第二振動方向的第二驅動振動，該第一旋轉軸垂直於該第一振動方向，該第二及第三旋轉軸垂直於該第二振動方向，且至少有以下(i)(ii)之一的情形：(i)該第一振動質量塊經由一第一轉向元件耦合到該驅動構造，該第一轉向元件包含一第一框，其圍住該第一振動質量塊，(ii)該第二振動質量塊經由一第二轉向元件耦合到該驅動構造，該第二轉向元件包含一第二框，其圍住該第二振動質量塊。
  9. 如申請專利範圍第8項之轉速感測器，其中，該第一振動質量塊有一個部分振動質量塊及另一部分振動質量塊，其耦合到前述部分振動質量塊，或者：該第二振動質量塊具有該第一部分振動質量塊及另一部分振動質量塊，其耦合到該部分振動質量塊；其中該部分振動質量塊和該另一部分振動質量塊係可受驅動成互成反目振動。
  10. 一種轉速感測器(1)，用於檢測此轉速感測器(1)的旋轉運動，其中該轉速感測器(1)具有：一第一感測器構造(10)，其具有一第一振動質量塊(11,11’)，其耦合到一驅動構造，且設計成將繞一第一旋轉軸旋轉的轉速檢出，一第二感測器構造(20)，其具有一第二振動質量塊(21,21’)，其耦合到該驅動構造，且設計成將一繞一第二旋轉軸的轉速及一繞一第三旋轉軸的轉速檢出，該第三旋轉軸與該第二旋轉軸不同，該驅動構造耦合到該第一及第二振動質量塊，其中該第一振動質量塊可以驅動成沿一第一振動方向的第一驅動振動，該第二振動振動質量塊可被驅動成一沿一第二振動方向的第二振動驅動，第一振動方向和第二振動方向不同，第一旋轉軸垂直於第一振動方向，第二及第三旋轉軸垂直於第二振動方向，且至少有(i)(ii)之一的情形：(i)該第一振動質量塊經由一第一轉向元件耦合到該驅動構造，該第一轉向元件包括四個角形元件，(ii)該第二振動質量塊經由一第二轉向元件耦合到該驅動構造，第二轉向元件包含四個角形元件，各角形元件有一第腿及一第二腿，對於該第一腿及第二腿，有另一鄰接角形元件耦合到其上。
  11. 如申請專利範圍第10項之轉速感測器，其中，至少有以下二種情形之一：(i)該第一振動質量塊有一部分振動質量塊及另一部分振動質量塊，其耦合到前述部分振動質量塊，或(ii)該第二振動質量塊有一部分振動質量塊及另一部分振動質量塊，其耦合到前述部分振動質量塊，該部分振動質量塊和另一部分振動質量塊可受驅動成互相反相。
  12. 一種製造一轉速感測器的方法，其中在一第一製造步驟中在一個具一主延伸平面(100)的基材上設一個具一第一振動質量塊(11,11’)的一第一感測器構造(10)，一個具有一第二振動質量塊(21,21’)的一第二感測器構造(20)，及一個可平行於該主延伸平面(100)運動的驅動構造(300)，其中在一第二製造步驟中將該第一振動質量塊(11,11’)設成可被驅動成沿一第一振動方向(101’)作一第一驅動振動(101)，其中該第二振動質量塊(21,21’)設成可被驅動成沿一與該第一振動方向(101’)不同的第二振動方向(120’)的第二驅動振動，其中在一第三製造步驟中該驅動構造(30)與該第一振動質量塊(11,11’)及該第二振動質量塊(21,21’)耦合，其中在一第四製造步驟中將該第一感測器構造(10)建構成用於檢測繞一第一旋轉軸(201)的第一轉速以及將該第二感測器構造(20)建構成用於檢測繞一第二旋轉軸(202)的一第二轉速，其中該第一旋轉軸(201)設成垂直於該第一振動方向(101’)，且該第二旋轉軸(202)設成垂直於該第二振動方向(102’)，其特徵在於，在一第五製造步驟中，將該第二感測器構造(20)建構成用於檢測繞一第三旋轉軸(203)的一第三轉速，該第三旋轉軸(203)與該第二旋轉軸(202)不同且垂直於該第二振動方向(102’)。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中，在一第三製造步驟中將該第一振動質量塊(11,11’)經一第一轉向元件(40)與該驅動構造(30)的耦合及/或將該第二振動質量塊(21,21’)經一第二轉向元件(50)與該驅動構造(30)耦合，其中特別是將該第一轉向元件(40)設計成一個繞該第一振動質量塊(11,11’)的第一框，及/或將該第二轉向元件(50)設計成一繞該第二振動質量塊(21,21’)的第二框，其中特別是將該第一振動質量塊(11,11’)耦合到該第一框及/或將該第二振動質量塊(21,21’)耦合到該第二框。
  14. 如申請專利範圍第12或第13項之方法，其中，在該第三製造步驟中的四個角形元件(41,42,43,44)，其中各角形元件(41,42,43,44)至少各有一第一腿(41’)及一第二腿(42’)，將該角形元件互相耦合到該第一框及/或該第二框，其中各角形元件(41,42,43,44)用該第一腿(41’)和該第二腿(41”)各耦合到該四個角形元件(41,42,43,44)的一相鄰的角形元件(42,43)上。
  15. 一種感測器，包含一第一感測器構造，其具有一第一振動質量塊，經一第一轉向元件耦合到一驅動構，該第一振動質量塊可受驅動成沿一第一振動方向的第一驅動振動，一第二感測器構造，具有一第二振動質量塊，經一第二轉向元件耦合到該驅動構造，第二振動質量塊可受驅動成沿一第二振動方向的第二驅動振動，第二振動方向和第一振動方向大致垂直，驅動構造耦合到該第一及第二振動質量塊且設計成將之沿一驅動方向作驅動，其中該一轉向元件包含四個樞轉元件，以沿該第一振動方向產生第一驅動運動，驅動方向大致垂直於第一動方向。
  16. 如申請專利範圍第15項之感測器，其中，該第一感測器構造設計成檢出繞第一旋轉軸的第一轉速，該第二感測器構造設計成檢出一繞一第二旋轉軸的第二轉速，第二旋轉軸大致垂直於第一旋轉軸。
  17. 如申請專利範圍第16項之感測器，其中，該第二感測器構造設計成檢出繞一第三旋轉軸的第三轉速，第三旋轉軸大致垂直於第一及第二旋轉軸。
  18. 如申請專利範圍第17項之感測器，其中，該第一旋轉軸大致垂直於第一振動方向，該第二旋轉軸和第三旋轉軸大致垂直於第二振動方向。
  19. 如申請專利範圍第15項之感測器，其中，該第一轉向元件係為一第一框，其圍繞該第一振動質量塊。
  20. 如申請專利範圍第15項之感測器，其中，各樞轉元件包含一角形元件，各角形元件有一第一腿及一第二腿。
  21. 如申請專利範圍第20項之感測器，其中，對於各角形元件的第一腿及第二腿，有那一鄰接元件耦合到其向。
  22. 如申請專利範圍第15項之感測器，其中，第一振動質量塊和第二振動質量塊有一部分振動質量塊和另一部分振動質量塊，其耦合到前述部分振動質量塊，且該部分振動質量塊和另一部分振動質量塊可受驅動成互成反相振動。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015213447A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor mit minimierten Störbewegungen in der Antriebsmode
DE102016213870A1 (de) 2015-11-20 2017-05-24 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drehratensensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016208503A1 (de) * 2016-05-18 2017-11-23 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
IT201600106928A1 (it) * 2016-10-24 2018-04-24 St Microelectronics Srl Giroscopio triassiale mems a modulazione di frequenza
DE102017215503A1 (de) * 2017-09-05 2019-03-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drehraten-Sensoranordnung und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102017216010A1 (de) * 2017-09-12 2019-03-14 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Drehraten-Sensoranordnung und entsprechendes Herstellungsverfahren
JP7098904B2 (ja) 2017-09-29 2022-07-12 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、電子機器および移動体
JP2019148477A (ja) 2018-02-27 2019-09-05 セイコーエプソン株式会社 角速度センサー、慣性計測装置、移動体測位装置、携帯型電子機器、電子機器、および移動体
DE102020205372A1 (de) * 2020-04-28 2021-10-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanisches Bauteil für einen Drehratensensor und entsprechendes Herstellungsverfahren
DE102020205369A1 (de) * 2020-04-28 2021-10-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanisches Bauteil für einen Drehratensensor und entsprechendes Herstellungsverfahren

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201030310A (en) * 2009-02-10 2010-08-16 Bosch Gmbh Robert Compensation circuit for rotation rate sensor and compensation method thereof
US20110154898A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated microelectromechanical gyroscope with improved driving structure
CN102788576A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 精工爱普生株式会社 陀螺仪传感器和电子设备

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007054505B4 (de) * 2007-11-15 2016-12-22 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
DE102007060942A1 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor und Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors
WO2009087858A1 (ja) * 2008-01-07 2009-07-16 Murata Manufacturing Co., Ltd. 角速度センサ
CN101514897A (zh) * 2008-02-19 2009-08-26 同济大学 改进型音叉式微机械陀螺
DE102009027897B4 (de) * 2009-07-21 2023-07-20 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drehratensensor
DE102011006394A1 (de) * 2011-03-30 2012-10-04 Robert Bosch Gmbh Drehratensensor
US9194704B2 (en) * 2013-03-13 2015-11-24 Freescale Semiconductor, Inc. Angular rate sensor having multiple axis sensing capability

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201030310A (en) * 2009-02-10 2010-08-16 Bosch Gmbh Robert Compensation circuit for rotation rate sensor and compensation method thereof
US20110154898A1 (en) * 2009-12-24 2011-06-30 Stmicroelectronics S.R.L. Integrated microelectromechanical gyroscope with improved driving structure
CN102788576A (zh) * 2011-05-20 2012-11-21 精工爱普生株式会社 陀螺仪传感器和电子设备

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Publication number Publication date
US20140373628A1 (en) 2014-12-25
TW201522911A (zh) 2015-06-16
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US9651377B2 (en) 2017-05-16
DE102013212112A1 (de) 2015-01-08
CN104280565B (zh) 2019-11-05

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