TWI794904B - 陀螺儀之結構 - Google Patents

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TWI794904B TW110127106A TW110127106A TWI794904B TW I794904 B TWI794904 B TW I794904B TW 110127106 A TW110127106 A TW 110127106A TW 110127106 A TW110127106 A TW 110127106A TW I794904 B TWI794904 B TW I794904B
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Abstract

本發明提供一種陀螺儀之結構，其係於一基板之一上方設置一框架，並對應設置一第一、三、六撓性件，以連接一第一、二、三板件，該第一板件以一第二撓性件連接該第二板件，該第二板件以一第四撓性件連接該第三板件，該第二板件設置一第一穿孔，並於該第一穿孔內樞接一旋轉板件，該旋轉板件以一第五撓性件與該基板之一支撐柱連接，再於基板上對應該第一、二、三板件設置第一、二、三、四感測元件，以感測該些板件之移動及轉動，於一實施例中，該第一、三板件穿設穿孔，以對應設置感測元件及驅動元件，利用此結構減少陀螺儀之整體體積。

Description

陀螺儀之結構
本發明是關於一種陀螺儀之結構，尤其係指一種振動陀螺儀之結構。
振動陀螺儀係利用高頻振動的質量塊在被基座帶動旋轉時，所產生的科氏力來感測角運動。振動陀螺儀主要係進行高頻振動之元件，其具有性能穩定、結構簡單、可靠性高等優點；又常見之習知振動陀螺儀為音叉振動陀螺儀、壓電振動陀螺儀、電容振動陀螺儀和殼體振動陀螺儀四種。
其中習知的電容振動陀螺儀，大多數包括至少四個質量塊(或板)，且為了使質量塊能沿兩個不同方向振動(對應三軸感測)，習知技術常設計複雜的結構，例如需設置額外的驅動框架，其使振動陀螺儀之整體結構較大，進而需要較大的晶片尺寸，產生空間佔用的而外成本。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明提供一種陀螺儀之結構，其係於基板上方設置框架，並以撓性件各別連接第一、二、三板件，第二板件更設置穿孔，並於穿孔內樞接旋轉板件，再於基板上對應該些板件設置感測元件，以感測該些板件之移動及轉動，更於第一、三板件穿設穿孔，以對應設置感測元件及驅動元件，利用此結構提供能減少體積之陀螺儀。
本發明之一目的在於提供一種陀螺儀之結構，其係於基板上方設置框架，於框架之內緣以各別撓性件連接第一、二、三板件，第二板件更設置穿孔，並於穿孔內樞接旋轉板件，再於基板上對應該些板件設置感測元件，以感測該些板件之移動及轉動，更於第一、三板件穿設穿孔，以對應設置感測元件及驅動元件，利用此結構減少陀螺儀之整體體積，增加裝置內之可使用空間。
為達到上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種陀螺儀之結構，其包含：一基板、一第一板件、一第二板件以及一第三板件，該基板之一上方設置一框架，該第一板件之一第一外緣連接一第一撓性件之一端以及一第二撓性件之一端，該第一撓性件之另一端設置於該框架之一內緣，該第一板件對應該基板之該上方設置之一第一感測元件，該第二板件之一第二外緣連接該第二撓性件之另一端，該第二板件之該第二外緣連接一第三撓性件之一端以及一第四撓性件之一端，該第三撓性件之另一端設置於該框架之該內緣，該第二板件穿設一第一穿孔，該第一穿孔之一內緣與該第二撓性件平行樞接一旋轉板件，該旋轉板件之一內側穿設一第三穿孔，該第三穿孔之一內緣連接一第五撓性件之一端，該第五撓性件之另一端連接該基板之該上方設置之一支撐柱，該旋轉板件對應該基板之該上方設置之一第二感測元件以及一第三感測元件，該第三板件之一第三外緣連接該第四撓性件之另一端以及一第六撓性件之一端，該第六撓性件之另一端設置於該框架之該內緣，該第三板件對應該基板之一上方設置之一第四感測元件，其中，該第一板件對應該第二板件進行水平移 動，該第一板件對應該第一撓性件進行軸向轉動，該第二板件對應該第二撓性件以及該第四撓件進行水平轉動，該第二板件對應該第三撓性件進行軸向轉動，該旋轉板件對應該第五撓性件進行軸向轉動，該第三板件對應該第二板件進行水平移動，該第三板件對應該第六撓性件進行軸向轉動；利用此結構使陀螺儀之整體體積縮小。
1:陀螺儀之結構
10:基板
12:框架
122:本體
124:支架件
14:支撐柱
20:第一板件
21:第一外緣
22:第一撓性件
23:第一感測元件
24:第二撓性件
25:第五感測元件
26:第五穿孔
262:第七撓性件
264:第八撓性件
27:第六感測元件
28:第一驅動元件
29:第二驅動元件
30:第二板件
31:第二外緣
32:第三撓性件
34:第四撓性件
36:第一穿孔
38:旋轉板件
381:第二感測元件
382:第三穿孔
383:第三感測元件
384:第五撓性件
40:第三板件
41:第三外緣
42:第六撓性件
43:第四感測元件
44:第四穿孔
442:第九撓性件
444:第十撓性件
45:第七感測元件
46:第三驅動元件
47:第八感測元件
48:第四驅動元件
A:AA剖面線
B:BB剖面線
第1圖：其為本發明之第一實施例之結構示意圖；第2A圖至第2B圖：其為本發明之第一實施例之結構側視示意圖；第3A圖至第3C圖：其為本發明之第一實施例之作動示意圖；第4A圖至第4B圖：其為本發明之第二實施例之結構及作動示意圖；第5圖：其為本發明之第三實施例之結構示意圖；第6圖：其為本發明之第四實施例之結構示意圖；第7圖：其為本發明之第五實施例之結構示意圖；以及第8圖：其為本發明之第六實施例之結構示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後：本發明係利用一種陀螺儀之結構，其係於一基板之一上方設置一框架，一第一、二、三板件以撓性件各別連接該框架，該第一、二、三板件 各別以撓性件連接，其中該第二板件於一第一穿孔內樞接一旋轉板件，該旋轉板件利用一第五撓性件與該基板之一支撐柱連接，藉由基板上對應該第一、二、三板件及旋轉板件設置之一第一、二、三、四感測元件，以感測該些板件之移動及轉動，且對應設置感測元件及驅動元件，利用此結構解決習知陀螺儀技術中，體積過大，產生而外成本之問題。
請參閱第1圖，其為本發明之第一實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係第一實施例，其係一種陀螺儀之結構1，其包含一基板10、一第一板件20、一第二板件30以及一第三板件40，其中該基板10可為電路板，例如矽基板，但本實施例不在此限制。
再次參閱第1圖以及參閱第2A圖至第2B圖，第2A圖至第2B圖為本發明之第一實施例之結構側視示意圖，其中第2A圖為AA剖面圖，第2B圖為BB剖面圖。如圖所示，於本實施例中，該基板10之一上方設置一框架12以及一支撐柱14，該框架12之底面接觸該基板10之上方表面，該第一板件20具有一第一外緣21，該第一外緣21連接一第一撓性件22之一端以及該第一外緣21連接一第二撓性件24之一端，該第一撓性件22之另一端設置連接於該框架12之一內緣，使該框架12可支撐該第一板件20，該第一板件20之位置對應該基板10之該上方設置之一第一感測元件23；該第二板件30具有一第二外緣31，該第二外緣31連接該第二撓性件24之另一端，該第二板件30之該第二外緣31連接一第三撓性件32之一端以及該第二板件30之該第二外緣31連接一第四撓性件34之一端，該第三撓性件32之另一端設置於該框架12之該內緣，使該框架12可支撐該第二板件30，該第二板件30穿設一第一穿孔36，該第一穿孔36之一內緣與該第二撓性件24平行樞接一旋轉板件38，該旋 轉板件38之一內側更穿設一第三穿孔382，該第三穿孔382之一內緣連接一第五撓性件384之一端，該第五撓性件384之另一端連接該支撐柱14，使該支撐柱14以及該第二板件30支撐該旋轉板件38，且該旋轉板件38與該第二板件30於同一平面，該旋轉板件38之位置對應該基板10之該上方設置之一第二感測元件381以及一第三感測元件383，該第二感測元件381以及該第三感測元件383可以成對稱設置；該第三板件40具有一第三外緣41，該第三外緣41連接該第四撓性件34之另一端以及該第三外緣41連接一第六撓性件42之一端，該第六撓性件42之另一端設置於該框架12之該內緣，該第三板件40之位置對應該基板10之該上方設置之一第四感測元件43。
於本實施例中，該第一板件20、該第二板件30與其包含之該旋轉板件以及該第三板件40作為質量塊，並以感測器量測其運動，例如角速度與柯氏力(或稱科里奧利力)。
於本實施例中，該框架12可為框架組，其包含複數個子框架互相間隔設置，使框架組形成非連續、非封閉之結構，並各別對應設置該第一撓性件22、該第三撓性件32以及該第六撓性件42，但本實施例不在此限制。
於本實施例中，如第2A圖至第2B圖所示，該第一感測元件23、該第二感測元件381、該第三感測元件383以及該第四感測元件43可以選用電容感測器(capacitive sensor)，該第一感測元件23感測該第一板件20對應該第一撓性件22進行之軸向轉動，該第二感測元件381以及該第三感測元件383感測該旋轉板件38對應該第五撓性件384進行之軸向轉動，該第四感測元件43感測該第三板件40對應該第六撓性件42進行之軸向轉動。
再次參閱第2A圖至第2B圖以及參閱第3A圖至第3C圖，第3A圖至第3C圖為本發明之第一實施例之作動示意圖，如圖所示，於本實施例中，於該陀螺儀之結構1水平振動時，該第一板件20對應該第二板件30進行水平移動，該第三板件40同時對應該第二板件30進行水平移動，並該第二板件30同時對應該第二撓性件24以及該第四撓件34進行水平轉動，如第3A圖所示逆時鐘方向旋轉，或是順時鐘方向旋轉(圖未示)；該陀螺儀之結構1對應該第一、三板件20、40軸向振動時，同時該第一板件20對應該第一撓性件22進行出平面之軸向轉動，該第二板件30對應該第三撓性件32進行出平面之軸向轉動，該第三板件40對應該第六撓性件42進行出平面之軸向轉動，如第3B圖所示轉動方向或相反轉動方向(圖未示)，該陀螺儀之結構1對應該第二撓性件24以及該第四撓件34軸向振動時，該旋轉板件38對應該第五撓性件384進行出平面之軸向轉動，如第3C圖所示轉動方向或相反轉動方向(圖未示)，以該第一、二、三板件20、30、40以及該旋轉板件38之運動感測外部之振動方向及其運動，例如角速度。
陀螺儀為了在XYZ三個軸上感測科氏力，需要質量塊在至少兩個不同方向振盪移動。本實施例中，該第一板件20及該第三板件40於振動時，沿著相同的軸移動或振動，且其移動具有180°的相位差，並使該第二板件30產生旋轉運動，即可實現兩次振盪，同時，藉由該第一感測元件23、該第二感測元件381、該第三感測元件383以及該第四感測元件43感測該第一板件20與該第三板件以及該第二板件30之三個軸向之科氏力，且其三軸向科氏力皆具有180°的相位差，並產生感測信號，使得本實施例無須其他質量塊或框架，可縮小整體之體積，以減少陀螺儀之空間佔用量。
請參閱第4A圖至第4B圖，其為本發明之第二實施例之結構及作動示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述第一實施例，於該第一板件20穿設一第五穿孔26以及於該第三板件40穿設一第四穿孔44，於本實施例中，更包含一第五感測元件25、一第一驅動元件28、一第七感測元件45以及一第三驅動元件46，該第五感測元件25設置於該第五穿孔26之一內緣，該第一驅動元件28設置於該第一板件20之該第一外緣21，該第七感測元件45設置於該第四穿孔44之一內緣，該第三驅動元件46設置於該第三板件40之該第三外緣41，該第五感測元件25可於該第一板件20之該第五穿孔26內側感測該第一板件20之水平運動，如第4B圖所示向左運動，並感測該第一板件20之角速度及科氏力，該第七感測元件45可於該第三板件40之該第四穿孔44內側感測該第三板件40之水平運動，如第4B圖所示向右運動，並感測該第三板件40之角速度及科氏力。此外，第一板件20亦可向右水平運動，第三板件40亦可向左水平運動；本實施例中，更於該第五感測元件25與該第五穿孔26之該內緣之間連接一第七撓性件262，即係該第五感測元件25之外緣連接該第七撓性件262之一端，該第七撓性件262之另一端連接該第五穿孔26之該內緣；本實施例中，更於該第七感測元件45與該第四穿孔44之該內緣之間連接一第九撓性件442，即係該第七感測元件45之外緣連接該第九撓性件442之一端，該第九撓性件442之另一端連接該第四穿孔44之該內緣。
本實施例中，該第一板件20及該第三板件40於振動時，進行水平移動振動，且其移動具有180°的相位差，並使該第二板件30產生運動，即可實現兩次振盪，同時，藉由該第五感測元件25以及該七感測元件45感測該第一板件20與該第三板件40之科氏力，並產生感測信號，使得本實施例無須 其他質量塊或框架，可縮小整體之體積，以減少陀螺儀之空間佔用量；本實施例之其他元件之結構連接及作動關係，接與上述第一實施相同，故不再此贅述。
請參閱第5圖，其為本發明之第三實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述第一實施例，於該第一板件20穿設該第五穿孔26以及於該第三板件40穿設該第四穿孔44，於本實施例中，更包含一第六感測元件27、一第二驅動元件29、一第八感測元件47以及一第四驅動元件48，該第六感測元件27可於該第一板件20之該第一外緣21感測該第一板件20之角速度及科氏力，該第八感測元件47可於該第三板件40之該第三外緣41感測該第三板件40之角速度及科氏力；於本實施例中，該第二驅動元件29與該第五穿孔26之該內緣之間連接一第八撓性件264，即係該第二驅動元件29之外緣連接該第八撓性件264之一端，該第八撓性件264之另一端連接該第五穿孔26之該內緣；於本實施例中，該第四驅動元件48與該第四穿孔44之該內緣之間連接一第十撓性件444，即係該第四驅動元件48之外緣連接該第十撓性件444之一端，該第十撓性件444之另一端連接該第四穿孔44之該內緣。
本實施例中，該第一板件20及該第三板件40於振動時，進行水平移動振動，且其移動具有180°的相位差，並使該第二板件30產生運動，即可實現兩次振盪，同時，藉由該第五感測元件25以及該七感測元件45感測該第一板件20與該第三板件40之科氏力，並產生感測信號，使得本實施例無須其他質量塊或框架，可縮小整體之體積，以減少陀螺儀之空間佔用量；本實施例之其他元件之結構連接及作動關係，接與上述第一實施相同，故不再此贅述。
請參閱第6圖，其為本發明之第四實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述第二實施例以及第三實施例，本實施例之感測元件以及驅動元件設置為非對稱設置，如第6圖所示，該第一板件20之該第五穿孔26之內緣設置該第五感測元件25，而該第三板件40之該第四穿孔44之內緣設置該第四驅動元件48，其與上述第二、三實施例不同，且本實施例之該第一板件20以及該第二板件30之間連接設置之撓性件與該第二板件20以及該第三板件40之間連接設置之撓性件為非對稱設置，利用非對稱設置之撓性件、感測元件以及驅動元件，以對應不同設計之需求。
接續上述，上述第二、三實施例中，該第五感測元件25、該第六感測元件27、該第七感測元件45以及該第八感測元件47可以選用電容感測器。
請參閱第7圖，其為本發明之第四實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述第一實施例、第二實施例、第三實施例以及第四實施例，設置於該基板10上方之該框架12包含一本體122以及一支架件124，該本體122設置於該支架件124之一端，該本體122之一內緣設置該第一撓性件22、該第三撓性件32以及該第六撓性件42，該支架件124之另一端設置於該基板10之該上方，以支撐該本體122，本實施例中，該本體122係與該基板10具有間隔，使該本體122及其連接之元件懸浮於該基板10上方。
請參閱第8圖，其為本發明之第六實施例之結構示意圖，如圖所示，本實施例係基於上述第一實施例、第二實施例、第三實施例以及第四實施例，上述第一實施例、第二實施例、第三實施例以及第四實施例之該第一板件20以及該第三板件40係對應該第二板件30對側設置，於本實施例中，該第 一板件20以及該第三板件40對應該第二板件30同側設置；該第一板件20與該第三板件40進行具有180°的相位差之水平移動時，使該第二板件30產生運動，實現兩次振盪，達成如上述第一、二、三實施例相同之功效；於本實施例中，感測元件以及驅動元件設置也可非對稱設置，達到如第四實施例相同之功效。
綜上所述，本發明提供一種陀螺儀之結構，其係利用二板於振動時，沿著相同的軸移動或振動，且其移動具有180°的相位差，使另一板件產生旋轉運動，實現兩次振盪且其移動具有180°的相位差，同時，藉由感測元件感測板件之科氏力及角速度，產生感測信號，且其感測之數值具有180°的相位差，利用此結構使得本發明可以三個主質量塊，達到陀螺儀之感測需求，進一步縮小整體之體積，減少陀螺儀之空間佔用量，解決習知陀螺儀技術中，體積過大，產生而外成本之問題。
故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。
惟以上所述者，僅為本發明一實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:陀螺儀之結構
10:基板
12:框架
14:支撐柱
20:第一板件
21:第一外緣
22:第一撓性件
23:第一感測元件
24:第二撓性件
30:第二板件
31:第二外緣
32:第三撓性件
34:第四撓性件
36:第一穿孔
38:旋轉板件
381:第二感測元件
382:第三穿孔
383:第三感測元件
384:第五撓性件
40:第三板件
41:第三外緣
42:第六撓性件
43:第四感測元件
A:AA剖面線
B:BB剖面線

Claims (14)

  1. 一種陀螺儀之結構，其包含：一基板，其一上方設置一框架；一第一板件，其一第一外緣連接一第一撓性件之一端以及一第二撓性件之一端，該第一撓性件之另一端設置於該框架之一內緣，該第一板件對應該基板之該上方設置之一第一感測元件；以及一第二板件，其一第二外緣連接該第二撓性件之另一端，該第二板件之該第二外緣連接一第三撓性件之一端以及一第四撓性件之一端，該第三撓性件之另一端設置於該框架之該內緣，該第二板件穿設一第一穿孔，該第一穿孔之一內緣與該第二撓性件平行樞接一旋轉板件，該旋轉板件之一內側穿設一第三穿孔，該第三穿孔之一內緣連接一第五撓性件之一端，該第五撓性件之另一端連接該基板之該上方設置之一支撐柱，該旋轉板件對應該基板之該上方設置之一第二感測元件以及一第三感測元件；以及一第三板件，其一第三外緣連接該第四撓性件之另一端以及一第六撓性件之一端，該第六撓性件之另一端設置於該框架之該內緣，該第三板件對應該基板之一上方設置之一第四感測元件。
  2. 如請求項1所述之陀螺儀之結構，其中該第一板件穿設一第五穿孔。
  3. 如請求項2所述之陀螺儀之結構，更包含一第五感測元件以及一第一驅動元件，該第五感測元件設置於該第三穿孔之一內緣，該第一驅動元件設置於該第一板件之該第一外緣。
  4. 如請求項3所述之陀螺儀之結構，其中該第五感測元件與該第三穿 孔之該內緣之間連接一第七撓性件。
  5. 如請求項2所述之陀螺儀之結構，更包含一第六感測元件以及一第二驅動元件，該第六感測元件設置於該第一板件之該第一外緣，該第二驅動元件設置於該第三穿孔之一內緣。
  6. 如請求項5所述之陀螺儀之結構，其中該第二驅動元件與該第三穿孔之該內緣之間連接一第八撓性件。
  7. 如請求項1所述之陀螺儀之結構，其中該第三板件穿設一第四穿孔。
  8. 如請求項7所述之陀螺儀之結構，更包含一第七感測元件以及一第三驅動元件，該第七感測元件設置於該第四穿孔之一內緣，該第三驅動元件設置於該第三板件之該第三外緣。
  9. 如請求項8所述之陀螺儀之結構，其中該第七感測元件與該第四穿孔之該內緣之間連接一第九撓性件。
  10. 如請求項9所述之陀螺儀之結構，更包含一第八感測元件以及一第四驅動元件，該第九感測元件設置於該第三板件之該第三外緣，該第四驅動元件設置於該第四穿孔之一內緣。
  11. 如請求項10所述之陀螺儀之結構，其中該第四驅動元件與該第四穿孔之該內緣之間連接一第十撓性件。
  12. 如請求項1所述之陀螺儀之結構，其中該框架包含一本體以及一支架件，該本體設置於該支架件之一端，該本體之一內緣設置該第一撓性件、該第三撓性件以及該第六撓性件，該支架件之另一端設置於該基板之該上方。
  13. 如請求項1所述之陀螺儀之結構，其中該第一板件對應該第二板件進行水平移動，該第一板件對應該第一撓性件進行軸向轉動，該第二板件對應該第二撓性件以及該第四撓件進行水平轉動，該第二板件對應該第三撓性件進 行軸向轉動，該旋轉板件對應該第五撓性件進行軸向轉動，該第三板件對應該第二板件進行水平移動，該第三板件對應該第六撓性件進行軸向轉動。
  14. 如請求項1所述之陀螺儀之結構，其中該框架包含複數個子框架，該些個子框架互相間隔設置。
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