[發(fā)明專利]撓性硬磁軟磁補償式線圈加矩流體微陀螺儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710041465.1
• 申請日: 2007-05-31
• 公開（公告）號: CN101059343A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張衛(wèi)平;周海軍;陳文元
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01C19/02
• 分類號: G01C19/02;G01C19/06;G01C19/12
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種微機電技術(shù)領(lǐng)域的微陀螺，具體是一種撓性硬磁軟磁補償式線圈加矩流體微陀螺儀。

背景技術(shù)

當(dāng)前被廣泛研究的微陀螺儀可分為兩種，一種是懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺，另一種是撓性陀螺儀，它們各有其特點。懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺，轉(zhuǎn)子在懸浮狀態(tài)下高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速獲得的較大的提高，有助于實現(xiàn)高精度，但是懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺普遍采用雙定子結(jié)構(gòu)，并且為了提高轉(zhuǎn)子的側(cè)向剛度而需要加工側(cè)向控制電極，使得懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺的加工工藝復(fù)雜。而為了除去轉(zhuǎn)子受到空氣阻力的影響，常見的懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺要使用真空封裝。撓性陀螺儀是一種高性能、低成本的精度較高的陀螺，它以撓性支撐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的懸浮技術(shù)而帶來一系列的優(yōu)點，故在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為：CN1712894A，名稱為：電磁驅(qū)動動力調(diào)諧撓性轉(zhuǎn)子微陀螺。該專利文中提到該系統(tǒng)包括：雙定子結(jié)構(gòu)、電機驅(qū)動軸承、與軸承相連的轉(zhuǎn)子。該系統(tǒng)是通過電機驅(qū)動軸承來帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生角動量，采用雙定子結(jié)構(gòu)，使用了驅(qū)動轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子兩個轉(zhuǎn)子，從而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且在工藝上很難利用微加工工藝精確加工電機驅(qū)動軸承，工藝要求高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出一種撓性硬磁軟磁補償式線圈加矩流體微陀螺儀。本發(fā)明使用單定子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，陀螺的角動量是通過金屬流體的高速旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生的，并通過撓性梁將轉(zhuǎn)子與定子連為一體。轉(zhuǎn)子的基體是用軟磁作材料，在定子上加工硬磁材料對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁吸引力來補償撓性梁產(chǎn)生的干擾力矩，使轉(zhuǎn)子成為自由支撐體。在定子上加工檢測電極與轉(zhuǎn)子形成差分電容來檢測轉(zhuǎn)子的位置偏移情況，并使用反饋加矩線圈對轉(zhuǎn)子進(jìn)行反饋控制。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：轉(zhuǎn)子、撓性梁、定子。轉(zhuǎn)子包括第一基體和環(huán)形腔體，環(huán)形腔體位于第一基體內(nèi)，環(huán)形腔體中注有金屬流體，環(huán)形腔體中的金屬流體在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈所施加的旋轉(zhuǎn)磁場的作用下高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生角動量；轉(zhuǎn)子與定子通過撓性梁連接為一體，撓性梁會隨著轉(zhuǎn)子和定子相對位置的偏移而發(fā)生相應(yīng)的變形；定子包括第一基體、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈、檢測電極、反饋加矩線圈與撓性補償硬磁極板，在第二基體上由內(nèi)到外分布著八個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈、八個檢測電極、四個反饋加矩線圈、四個撓性補償硬磁極板，其中反饋加矩線圈、撓性補償硬磁極板處于同一個以定子中心為圓心的圓環(huán)上，并彼此交互，反饋加矩線圈、撓性補償硬磁極板的內(nèi)徑和外徑分別相同，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈位于定子的最靠近中心的位置，八個旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈在圓周方向上呈對稱分布，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈的外側(cè)分布著八個檢測電極，八個檢測電極在圓周方向上呈對稱分布，四個反饋加矩線圈和四個硬磁補償極板在圓周方向都呈對稱分布。

本發(fā)明撓性硬磁軟磁補償式線圈加矩流體微陀螺儀的結(jié)構(gòu)是采用微細(xì)加工(微細(xì)體加工和微細(xì)表面加工)工藝進(jìn)行加工。轉(zhuǎn)子的基體材料為鎳，定子的基體為玻璃，在玻璃上加工種子層，再通過一系列微加工工藝在種子層上加工旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈、檢測電極、反饋加矩線圈和撓性補償硬磁極板，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈、檢測電極與反饋加矩線圈都是以銅為材料，撓性補償硬磁極板是以硬磁為材料，撓性梁的材料為鎳。定子的基體也可以使用金屬作材料，以金屬作為基體材料時，需要在基體上濺射一層Al₂O₃絕緣層，再在Al₂O₃絕緣層上加工旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈、檢測電極、反饋加矩線圈和撓性補償硬磁極板。

本發(fā)明整個系統(tǒng)采用單定子、單個轉(zhuǎn)子，并通過撓性梁將轉(zhuǎn)子與定子連為一體，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，同時又具備了很強的抗沖擊能力，能滿足在復(fù)雜環(huán)境下使用。通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動線圈來驅(qū)動金屬流體高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生陀螺的角動量，沒有剛性結(jié)構(gòu)之間的相對轉(zhuǎn)動，使得系統(tǒng)不需要采用真空封裝。本發(fā)明中充分融合了金屬流體高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生角動量、硬磁軟磁補償撓性梁的干擾力矩和線圈加矩反饋控制三種技術(shù)，并采用MEMS技術(shù)，使該陀螺儀又具有成本低、精度高、易批量、功耗微等特點。

本發(fā)明中轉(zhuǎn)子基體是用鎳作材料，在定子上加工撓性補償硬磁極板與轉(zhuǎn)子通磁吸引力力矩來補償撓性梁產(chǎn)生的干擾力矩，使轉(zhuǎn)子成為自由支撐體。在定子上加工檢測電極與轉(zhuǎn)子形成差分電容來檢測轉(zhuǎn)子的位置偏移情況，并使用反饋加線圈對轉(zhuǎn)子進(jìn)行反饋控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)立體圖

圖2為本發(fā)明下定子結(jié)構(gòu)立體圖

圖3為本發(fā)明撓性梁立體圖

圖4為本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剖視圖

具體實施方式