[發明專利]圓形及多環形軸向徑向充磁永磁反磁轉子靜電旋轉微陀螺

無效

• 申請號: 200810032476.8
• 申請日: 2008-01-10
• 公開（公告）號: CN101216312A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 張衛平;陳文元;劉武;張忠榕
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01C19/24
• 分類號: G01C19/24;H02N15/00;B81B7/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種微機電技術領域的微型陀螺儀，具體是一種圓形及多環形軸向徑向充磁永磁反磁轉子靜電旋轉微陀螺。

背景技術

慣性導航系統是一種自主式導航技術，根據牛頓慣性定律直接計算出載體的位置、航向和姿態等導航參數。在工作過程中，既不向外界發射能量，也不從外部獲取信息，具有不受干擾、可在任何地方使用、動態性能好、導航輸出信息豐富等獨特優點，在航空、航天和航海等領域得到了廣泛的應用，MEMS(Micro-electromechanical?Systems，微機電系統)技術的出現促使慣性導航系統向低成本、微型化、低功耗的方向發展。利用MEMS技術設計制作的懸浮轉子微陀螺無機械摩擦，既具有高精度的優勢，又具有尺寸小、批量化、成本低的特點，在現代及將來的軍事和民用裝備上具有廣泛的應用前景，特別能滿足微小型平臺的便攜式自主導航的需求。

經對現有技術的文獻檢索發現，Takao?MURAKOSHI等人在《Jpn.J.Appl.Phys.》(Vol.42.2003，2468-2472頁)上發表“Electrostatically?LevitatedRing-Shaped?Rotational-Gyro/Accelerometer”，該文中提出一種盤形轉子靜電懸浮微陀螺/微加速度計。其不足之處在于：在轉子的徑向內外側，設置有用于控制轉子徑向(X、Y方向)位置的徑向控制電極，在上、下層的玻璃襯底上，設置有用于實現轉子Z軸向位置懸浮控制的軸向控制電極，這樣，轉子的懸浮支承需要控制5個自由度，大大增加了對轉子懸浮起支的要求，工藝也比較復雜。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的上述不足，提供了一種圓形及多環形軸向徑向充磁永磁反磁轉子靜電旋轉微陀螺，依靠上、下定子中的圓柱形及多環形軸向徑向充磁永磁體對反磁轉子提供懸浮力和側向穩定力，實現無控制自穩起支懸浮，使其實現反磁敏感質量穩定的懸浮，同時又利用上、下定子的軸向檢測及反饋電極和下定子側向檢測及反饋電極與轉子之間靜電力來提高微陀螺的軸向剛度、側向剛度和抗沖擊能力，增強穩定懸浮性能。本發明在施加靜電電壓之前，轉子因反磁作用已懸浮在平衡位置，所以相比一般的靜電懸浮，降低了轉子的起支過程和起支控制難度，不需要復雜控制機構即可實現自穩定。并且本發明可以同時檢測包括沿X、Y、Z軸的三軸線加速度以及繞X、Y軸二軸角加速度。本發明也具有功耗小、實現方便，尺寸小的特點。

本發明是通過以下技術方案來實現，本發明由上定子、轉子和下定子三部分構成，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，轉子則懸浮在此空腔內。在裝配時，上定子結構中正對轉子的面均稱之為頂面，相應的另一面則稱之為底面，同樣，下定子結構中正對轉子的面亦均稱之為頂面，相應的另一面則稱之為底面。

所述下定子包括下定子側向檢測及反饋電極、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、下定子圓柱形永磁體、多個下定子環形永磁體、下定子旋轉驅動電極；下定子圓柱形磁體外形是圓柱形的且軸向充磁，多個下定子環形永磁體外形是環形的；在下定子基體的頂面上由內而外依次分布著下定子公共電容極板、、下定子旋轉驅動電極、下定子軸向檢測及反饋電極、下定子側向檢測及反饋電極，下定子側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，下定子圓柱形永磁體位于下定子基體表面幾何結構的中線位置，而其它的環形永磁體則以下定子基體表面幾何結構的中線位置為圓心從內向外依次布置，相鄰兩個環形永磁體緊密嵌套配合，圓柱形永磁體緊密嵌套在圓環內半徑最小的環形永磁體中，圓柱形永磁體是沿軸向充磁的，相鄰兩個永磁體依次為軸向充磁和徑向充磁，相隔兩個永磁體(即兩個永磁體之間只隔了一個永磁體)的充磁的方向相反，所述的軸向充磁是指圓柱形及環形永磁體的磁極方向是沿著圓柱形或環形的幾何中軸線(也是旋轉軸線)方向，所述的徑向充磁是指沿著環形永磁體的半徑方向充磁的。