[发明专利]双模式反磁转子感应旋转微陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术领域的微型陀螺仪，具体是一种双模式反磁转子感应旋转微陀螺。

背景技术

众所周知，微机械惯性仪表包括微惯性传感器(微加速度计和微陀螺仪)和微惯性测量组合(MIMU，由微惯性传感器、微控制电路等构成)，是一类重要的微机电系统。微陀螺仪作为一种惯性器件，是重要的微机电系统器件之一，在军民两用方面如战术导弹、惯性导航、微型卫星、虚拟现实、机器人控制、生物医疗、汽车安全、摄录机稳定、惯性鼠标等电子消费类产品，具有广泛的应用前景，因此已经得到世界各国的普遍重视。目前电磁悬浮在宏观悬浮机构中已经得到了广泛应用，但在微机械中的应用还很少。相比传统的振动式微机械陀螺仪，通过悬浮使检测质量与衬底分开，研制自由悬浮转子的微陀螺，有望提高振动式微机械陀螺仪的性能精度。

经对现有技术的文献检索发现，英国Sheffield大学和新加坡南洋理工大学C.Shearwood等人在《Sensors and Actuators》(83(2000)，p85-92)上发表“Development of a levitated micromotor for application as a gyroscope”，该文中提出一种电磁悬浮旋转盘形铝转子的微陀螺。其不足之处在于：电磁线圈需提供悬浮、稳定和旋转多种功能，涡流生热问题较为严重，工艺也比较复杂，而且侧向刚度低，随着转速的进一步提高，受侧向振动模态激振的影响而容易使转子离心抛翻。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种双模式反磁转子感应旋转微陀螺，它具有可选择的双模式悬浮工作模式，其一是反磁悬浮工作模式，其二是反磁加静电悬浮工作模式。相比传统电磁悬浮省去了悬浮线圈和稳定线圈，且改为依靠上、下定子对反磁转子提供悬浮力和侧向稳定力，实现自稳悬浮，同时又可利用静电悬浮原理和下定子侧向静电电极对来提高微陀螺的轴向刚度、侧向刚度和抗冲击能力，增强稳定悬浮，工艺相对简单。同时在反磁加静电悬浮工作模式下，由于在施加静电电压之前，转子由于反磁作用已悬浮在平衡位置，相比一般的静电悬浮陀螺又降低了转子的起支过程和起支控制难度。并且本发明可以同时检测包括沿X、Y、Z轴的三轴线加速度以及绕X、Y轴二轴角加速度。

本发明是通过以下技术方案来实现，本发明由上定子，转子和下定子三部分构成，上定子倒扣在下定子上，使上定子和下定子两个正面相对，完成装配，从而形成空腔，转子则悬浮在此空腔内。在装配时，上定子结构中正对转子的面均称之为正面，相应的另一面则称之为背面，同样，下定子结构中正对转子的面亦均称之为正面，相应的另一面则称之为背面。上定子、下定子除侧向静电电极对外，结构相似。

所述下定子，包括下定子感应旋转线圈组、下定子侧向电极、下定子基体、下定子十字分隔结构和下定子永磁块，下定子基体的正面分布着下定子感应旋转线圈组和下定子侧向电极，下定子基体的背面设有下定子十字分隔结构和下定子永磁块，下定子十字分隔结构分隔成的四个区域上粘附着下定子永磁块。

所述上定子，包括上定子感应旋转线圈组、上定子基体、上定子十字分隔结构和上定子永磁块，上定子基体的正面分布着上定子感应旋转线圈组，上定子基体的背面设有上定子十字分隔结构和上定子永磁块，上定子十字分隔结构分隔成的四个区域上粘附着上定子永磁块。

所述转子是一个圆盘形结构，在转子中间反磁结构层的上、下表面分别覆盖着转子上表面Ti层和转子下表面Ti层。

所述下定子还设有下定子公共电容极板、下定子检测及反馈控制电容极板组，在下定子基体的正面，由内而外依次分布着下定子公共电容极板、下定子感应旋转线圈组、下定子检测及反馈控制电容极板组、下定子侧向静电电极对。

所述下定子基体的背面，下定子十字分隔结构分隔成的四个区域上粘附着由四块永磁片构成的下定子永磁块，相邻永磁片同一端面的电磁极性相异。

所述上定子还设有上定子公共电容极板、上定子检测及反馈控制电容极板组，在上定子基体的正面，由内而外依次分布着上定子公共电容极板、上定子感应旋转线圈组、上定子检测及反馈控制电容极板组。

所述上定子基体的背面，上定子十字分隔结构分隔成的四个区域上粘附着由四块永磁片构成的的上定子永磁块，相邻永磁片同一端面的电磁极性相异。