一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺。所述陀螺轉(zhuǎn)子和球形軸承一體化加工或緊密裝配成型，球形軸承通過潤滑油層與帶有凹球面的殼體轉(zhuǎn)動連接，定子采用硅鋼片卡在帶有凹球面的殼體的邊緣且與帶有凹球面的殼體的外壁緊密相連，八個檢測電極分別通過上絕緣層和下絕緣層與帶有凹球面的殼體相連，六個定子上分別纏繞有驅(qū)動線圈，每個驅(qū)動線圈的匝數(shù)完全相同，定子位于陀螺轉(zhuǎn)子的外部且與陀螺轉(zhuǎn)子在同一平面。本發(fā)明腔體采用機械沖壓的方式即可完成制做，陀螺球碟轉(zhuǎn)子采用一體化加工或裝配形成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由于球形軸承充分潤滑可以減小阻力，轉(zhuǎn)子的運動速度快，穩(wěn)定性高，并且陀螺球碟轉(zhuǎn)子采用球形軸承其偏轉(zhuǎn)阻尼力矩很小，因此具有較高的精度。
【專利說明】一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，屬于機械陀螺【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]陀螺是一種測量物體相對于慣性空間角度或速率的傳感裝置。MEMS微陀螺是MEMS技術(shù)和慣性技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來陀螺技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。MEMS微陀螺具有體積小、重量輕、功耗低、抗沖擊、能適用于較為惡劣的環(huán)境條件等優(yōu)點，已經(jīng)成為航空、航天、微小型武器裝備等領(lǐng)域?qū)Ш?、制?dǎo)、控制系統(tǒng)中重要的核心器件。
[0003]當前微陀螺主要采用振動式結(jié)構(gòu)，振動式陀螺通常采用靜電或電磁力驅(qū)動，使活動質(zhì)量塊閉環(huán)諧振在機械敏感結(jié)構(gòu)的諧振頻率上，從而使振動質(zhì)量塊有最大位移和最大振動速度，進而獲取微機械陀螺的最大信噪比，然而由于微陀螺振動結(jié)構(gòu)小、速度受限，致使微陀螺靈敏度低、長期穩(wěn)定性差。其次，由于角速度引起的電荷變化極其微弱，受信號拾取電路與敏感結(jié)構(gòu)之間極限噪聲優(yōu)化參數(shù)的限制，使微陀螺的信噪比很難有較大突破。此外，敏感結(jié)構(gòu)的工藝偏差使得機械耦合(正交耦合、寄生哥氏力)非常嚴重，振動式陀螺的工作原理和加工工藝嚴重制約著性能的提高。近些年來，人們將注意力放到了懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺中。利用電磁力或靜電力使轉(zhuǎn)子懸浮起來，可以提高微陀螺質(zhì)量塊的運動速度，在理論上，懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺相對于振動式微陀螺具有更大的哥氏力和更高的靈敏度，且可實現(xiàn)雙軸角速度和三軸加速度測量。但由于傳統(tǒng)的懸浮轉(zhuǎn)子陀螺使用電磁力或靜電力使轉(zhuǎn)子懸浮起來，轉(zhuǎn)子的體積小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性的受到限制，旋轉(zhuǎn)式微陀螺精度并沒有明顯的改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，即由于傳統(tǒng)的懸浮轉(zhuǎn)子陀螺使用電磁力或靜電力使轉(zhuǎn)子懸浮起來，轉(zhuǎn)子的體積小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和穩(wěn)定性的受到限制，旋轉(zhuǎn)式微陀螺精度并沒有明顯的改善。進而提供一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，包括:陀螺轉(zhuǎn)子、六個定子、八個檢測電極、帶有凹球面的殼體、球形軸承、潤滑油層、驅(qū)動線圈、上絕緣層和下絕緣層，所述陀螺轉(zhuǎn)子設(shè)置在帶有凹球面的殼體的內(nèi)部，陀螺轉(zhuǎn)子和球形軸承一體化加工或緊密裝配形成球碟轉(zhuǎn)子，球形軸承通過潤滑油層與帶有凹球面的殼體轉(zhuǎn)動連接，定子采用硅鋼片卡在帶有凹球面的殼體的邊緣且與帶有凹球面的殼體的外壁緊密相連，八個檢測電極分別通過上絕緣層和下絕緣層與帶有凹球面的殼體相連，六個定子上分別纏繞有驅(qū)動線圈，每個驅(qū)動線圈的匝數(shù)完全相同，定子位于陀螺轉(zhuǎn)子的外部且與陀螺轉(zhuǎn)子在同一平面。
[0006]本發(fā)明的有益效果:陀螺球碟轉(zhuǎn)子由圓盤與球形軸承構(gòu)成，一體化加工或緊密裝配形成，球形軸承與殼體的凹球面之間充滿潤滑油。陀螺球碟轉(zhuǎn)子由定子直接驅(qū)動，可穩(wěn)定高速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)阻力很小。陀螺球碟轉(zhuǎn)子可小幅度自由偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)阻力矩很小。球碟轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)量由電容變化量測得。[0007]本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)及制備工藝簡單，腔體采用機械沖壓的方式即可完成制做，陀螺球碟轉(zhuǎn)子采用一體化加工或裝配形成，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時由于球形軸承充分潤滑可以減小阻力，轉(zhuǎn)子的運動速度快，穩(wěn)定性高，并且陀螺球碟轉(zhuǎn)子采用球形軸承其偏轉(zhuǎn)阻尼力矩很小，因此具有較高的精度。
[0008]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]
【具體實施方式】
[0011]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0012]如圖1和圖2所示，本實施例所涉及的一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，包括:陀螺轉(zhuǎn)子1、六個定子2、八個檢測電極3、帶有凹球面的殼體4、球形軸承5、潤滑油層6、驅(qū)動線圈
7、上絕緣層8-1和下絕緣層8-2，所述陀螺轉(zhuǎn)子I設(shè)置在帶有凹球面的殼體4的內(nèi)部，陀螺轉(zhuǎn)子I和球形軸承5 —體化加工或緊密裝配形成球碟轉(zhuǎn)子，球形軸承5通過潤滑油層6與帶有凹球面的殼體4轉(zhuǎn)動連接，定子2采用硅鋼片卡在帶有凹球面的殼體4的邊緣且與帶有凹球面的殼體4的外壁緊密相連，八個檢測電極3分別通過上絕緣層8-1和下絕緣層8-2與帶有凹球面的殼體4相連，六個定子2上分別纏繞有驅(qū)動線圈7，每個驅(qū)動線圈7的匝數(shù)完全相同，定子2位于陀螺轉(zhuǎn)子I的外部且與陀螺轉(zhuǎn)子I在同一平面。
[0013]所述帶有凹球面的殼體4由上下兩個蓋板組成，上、下每個蓋板分別按圓周均布有四個檢測電極3。
[0014]所述球形軸承5采用非磁性材料制成。
[0015]本發(fā)明制作過程如下:(如圖1、2所示)殼體采用機械沖壓的方式、六個定子采用模具進行加工，陀螺轉(zhuǎn)子和球形軸承可通過一體直接加工，或通過環(huán)形盤與球形軸承分別加工再裝配形成；加工完后的殼體和圓環(huán)轉(zhuǎn)子采用磨床進行拋光。對陀螺轉(zhuǎn)子采用充磁機進行充磁，使其徑向帶磁，在定子上纏繞驅(qū)動線圈，在殼體的上下蓋板上制備絕緣層，在絕緣層上制備一層金屬電極，刻蝕出電極結(jié)構(gòu)，然后將上、下蓋板、球碟結(jié)構(gòu)采用鍵合或粘接的方式裝配在一起。
[0016]在定子的六個線圈上施加六個相位相差90°的驅(qū)動信號，則陀螺轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)；當沒有外部角速度輸入時，陀螺轉(zhuǎn)子平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因此等效檢測電容值不會發(fā)生變化，經(jīng)差分檢測輸出為零。當存在外部角速度輸入時，陀螺轉(zhuǎn)子相對于殼體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而左上側(cè)、右下側(cè)檢測電容的極板間距減小，電容值增大；同理，右上側(cè)、左下側(cè)檢測電容的極板間距增大，電容值減小。經(jīng)差分檢測，電容變化量對應(yīng)外加角速度輸入。
[0017]與傳統(tǒng)懸浮陀螺相比較，該陀螺具有結(jié)構(gòu)、工藝簡單，轉(zhuǎn)子易于驅(qū)動，穩(wěn)定性好等特點；與振動式微陀螺相比，具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點。
[0018]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，其特征在于，包括:陀螺轉(zhuǎn)子(I)、六個定子(2)、八個檢測電極(3)、帶有凹球面的殼體(4)、球形軸承(5)、潤滑油層(6)、驅(qū)動線圈(7)、上絕緣層(8-1)和下絕緣層(8-2 )，所述陀螺轉(zhuǎn)子(I)設(shè)置在帶有凹球面的殼體(4)的內(nèi)部，陀螺轉(zhuǎn)子(I)和球形軸承(5) —體化加工或緊密裝配形成球碟轉(zhuǎn)子，球形軸承(5)通過潤滑油層(6)與帶有凹球面的殼體(4)轉(zhuǎn)動連接，定子(2)采用硅鋼片卡在帶有凹球面的殼體(4)的邊緣且與帶有凹球面的殼體(4)的外壁緊密相連，八個檢測電極(3)分別通過上絕緣層(8-1)和下絕緣層(8-2)與帶有凹球面的殼體(4)相連，六個定子(2)上分別纏繞有驅(qū)動線圈(7)，每個驅(qū)動線圈(7)的匝數(shù)完全相同，定子(2)位于陀螺轉(zhuǎn)子(I)的外部且與陀螺轉(zhuǎn)子(I)在同一平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，其特征在于，所述帶有凹球面的殼體(4)由上下兩個蓋板組成，上、下每個蓋板分別按圓周均布有四個檢測電極(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球碟轉(zhuǎn)子式微機械陀螺，其特征在于，所述球形軸承(5)采用非磁性材料制成。
【文檔編號】G01C19/08GK103557852SQ201310564169
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】劉曉為, 陳偉平, 張海峰, 尹亮 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)