[發(fā)明專利]圓形及多環(huán)形軸向充磁永磁反磁轉(zhuǎn)子電荷馳豫旋轉(zhuǎn)微陀螺

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810032471.5
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101216307A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)平;陳文元;劉武;張忠榕
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01C19/24
• 分類號: G01C19/24;H02N15/00;B81B7/02
• 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(jī)電技術(shù)領(lǐng)域的微型陀螺儀，具體是一種圓形及多環(huán)形軸向充磁永磁反磁轉(zhuǎn)子電荷馳豫旋轉(zhuǎn)微陀螺。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種自主式導(dǎo)航技術(shù)，根據(jù)牛頓慣性定律直接計(jì)算出載體的位置、航向和姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)。在工作過程中，既不向外界發(fā)射能量，也不從外部獲取信息，具有不受干擾、可在任何地方使用、動態(tài)性能好、導(dǎo)航輸出信息豐富等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天和航海等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，MEMS(Micro-electromechanical?Systems，微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的出現(xiàn)促使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)向低成本、微型化、低功耗的方向發(fā)展。利用MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)制作的懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺無機(jī)械摩擦，既具有高精度的優(yōu)勢，又具有尺寸小、批量化、成本低的特點(diǎn)，在現(xiàn)代及將來的軍事和民用裝備上具有廣泛的應(yīng)用前景，特別能滿足微小型平臺的便攜式自主導(dǎo)航的需求。

從20世紀(jì)90年代開始，懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺引起工業(yè)界、學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，英、美、日等國的一些研究機(jī)構(gòu)已開展大量懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的研究，并取得了一定的研究成果。國內(nèi)也有單位開展這方面追蹤探索。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在中國專利200410018474.5“靜電懸浮轉(zhuǎn)子微慣性傳感器及其制造方法”中，提出了一種靜電懸浮轉(zhuǎn)子微慣性傳感器，該微慣性傳感器包括下襯底層，中間金屬結(jié)構(gòu)層和上襯底層，中間金屬結(jié)構(gòu)層由金屬轉(zhuǎn)子和周邊徑向電極，下、上襯底層分別和徑向電極相鍵合形成轉(zhuǎn)子腔，輪狀的金屬轉(zhuǎn)子處于轉(zhuǎn)子腔的中心，與下、上襯底上的軸向電極和周邊徑向電極之間分別形成軸向電極間隙和徑向電極間隙。該技術(shù)存在如下不足，轉(zhuǎn)子的懸浮支承需要控制5個自由度，大大增加了對轉(zhuǎn)子懸浮起支的要求，由于采用可變電容使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，定轉(zhuǎn)子上必須有分離的電極或相當(dāng)于電極的陸域，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。同時為了保證轉(zhuǎn)子的恒高速轉(zhuǎn)動，必須實(shí)時檢測定轉(zhuǎn)子的相對位置并決定子電極的電壓施加順序，必須有專門的轉(zhuǎn)子恒高速檢測控制回路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種圓形及多環(huán)形軸向充磁永磁反磁轉(zhuǎn)子電荷馳豫旋轉(zhuǎn)微陀螺，依靠上、下定子中的圓柱形及多環(huán)形軸向充磁永磁體對反磁轉(zhuǎn)子提供懸浮力和側(cè)向穩(wěn)定力，實(shí)現(xiàn)無控制自穩(wěn)起支懸浮，使其實(shí)現(xiàn)反磁敏感質(zhì)量穩(wěn)定的懸浮，同時又利用上、下定子的軸向檢測及反饋電極和下定子側(cè)向檢測及反饋電極與轉(zhuǎn)子之間靜電力來提高微陀螺的軸向剛度、側(cè)向剛度和抗沖擊能力，增強(qiáng)穩(wěn)定懸浮性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明由上定子、轉(zhuǎn)子和下定子三部分構(gòu)成，上定子倒扣在下定子上，使上定子和下定子兩個頂面相對，完成裝配，從而形成空腔，轉(zhuǎn)子則懸浮在此空腔內(nèi)。在裝配時，上定子結(jié)構(gòu)中正對轉(zhuǎn)子的面均稱之為頂面，相應(yīng)的另一面則稱之為底面，同樣，下定子結(jié)構(gòu)中正對轉(zhuǎn)子的面亦均稱之為頂面，相應(yīng)的另一面則稱之為底面。

所述下定子包括下定子側(cè)向檢測及反饋電極、下定子公共電容極板、下定子軸向檢測及反饋控制電極、下定子基體、下定子圓柱形軸向充磁永磁體、多個下定子環(huán)形軸向充磁永磁體、下定子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極；下定子圓柱形軸向充磁永磁體結(jié)構(gòu)上是圓柱形的，下定子環(huán)形軸向充磁永磁體是環(huán)形的，這兩種永磁體都是軸向充磁的；在下定子基體的頂面上由內(nèi)而外依次分布著下定子公共電容極板、下定子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極、下定子軸向檢測及反饋電極、下定子側(cè)向檢測及反饋電極，下定子側(cè)向檢測及反饋電極分布在下定子基體的頂面的最外圍，且沿圓周分布；在下定子基體的底面，下定子圓柱形軸向充磁永磁體位于下定子基體表面幾何結(jié)構(gòu)的中線位置，而其它的環(huán)形永磁體則以下定子基體表面幾何結(jié)構(gòu)的中線位置為圓心從內(nèi)向外依次布置，相鄰兩個環(huán)形永磁體緊密嵌套配合，圓柱形永磁體緊密嵌套在圓環(huán)內(nèi)半徑最小的環(huán)形永磁體中，相鄰永磁體同一端面的磁極性相異(即N、S交替布置)，所述的軸向充磁是指圓柱形及環(huán)形永磁體的磁極方向是沿著圓柱形或環(huán)形的幾何中軸線(也是旋轉(zhuǎn)軸線)方向。

所述的下定子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極包括多個下定子A相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極、下定子B相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極、下定子C相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極，下定子A相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極、下定子B相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極、下定子C相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極緊靠在一起，形成一個空間分布周期。在下定子表面圓周上可以由多個這樣的A、B、C相旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電極的周期性分布。