[发明专利]利用电磁和电晕工作的悬浮转子微陀螺

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电技术(MEMS)领域的微陀螺，具体地说，涉及的是一种利用电磁和电晕作用工作的悬浮转子微陀螺仪。

背景技术

MEMS器件具有微小化、低成本、低能耗、可批量化的特点，近年来，各国的学者，工程师，尝试设计和制造悬浮转子MEMS微陀螺。在过去的二十多年的时间里，国内外应用硅的表面微细加工技术或者体微细加工技术加工出了很多种振动陀螺，但由于种种原因微振动陀螺很难达到传统陀螺的高精度。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利号为：200410018474.5，名称为：静电悬浮转子微惯性传感器及其制造方法。该陀螺提出了静电悬浮转子结构和静电驱动旋转结构。根据上下定子电容检测获得转子的轴向位置，通过轴向悬浮电极上施加电压，利用上下定子轴向悬浮电极和转子之间的静电力实现转子的轴向悬浮；同时，旋转是基于可变电容静电微马达的原理工作的，控制复杂，需要转速检测。该发明中提出的静电悬浮转子微陀螺，其不足之处是：采用静电悬浮方式，不能自稳控制，需要复杂的多路解耦控制，且旋转驱动采用变电容方法，需要复杂控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种利用电磁悬浮和电晕驱动旋转工作的悬浮转子微陀螺，能自稳控制，且有径向稳定电极。利用电晕作用使转子恒高速转动，转子内侧只需要设置齿形电极，因而可做成圆环状，结构简单，不需转速检测即可实现恒高速旋转，力矩大，也方便了加工；通过设置双重悬浮稳定线圈实现自稳悬浮；径向悬浮检测电极进一步增强了微转子的径向稳定悬浮刚度，轴向悬浮检测电极进一步增强了微转子的轴向稳定悬浮刚度。解决了背景技术中不能自稳悬浮和控制复杂的不足。

本发明通过以下技术方案来实现的，本发明包括：上定子、下定子、周边结构、微转子，齿形结构，上定子、下定子上下设置，上定子、上定子和周边结构相连构成一个笼式结构，周边结构设置在微转子周围，微转子置于这个笼式结构的中间，齿形结构均布在环形转子的内侧，且齿形结构和微转子之间有间隔，齿形结构设置在下基体上，上定子包括上定子第一个悬浮稳定线圈内圈、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈、上定子第二个悬浮稳定线圈内圈、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈、上定子轴向悬浮检测电极和上定子公共电极，上定子从内到外，依次是上定子第一个悬浮稳定线圈内圈、上定子第一个悬浮稳定线圈内圈、上定子轴向悬浮检测电极、上定子公共电极、上定子第二个悬浮稳定线圈内圈、上定子第二个悬浮稳定线圈内圈，上定子第一个悬浮稳定线圈内圈、上定子第一个悬浮稳定线圈外圈，上定子第二个悬浮稳定线圈内圈、上定子第二个悬浮稳定线圈外圈共同构成悬浮稳定线圈，且分别为带开口的圆形铜线圈，彼此之间不连接，均在以上定子中心为圆心的圆上；上定子轴向悬浮检测电极的每一个都成扇形，均匀的分布在以上定子圆心为圆心的圆周上，且彼此间隔相等；上定子公共电极是一个连续的导电圆环，上定子第一个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的内径，上定子第一个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的内径，上定子第二个悬浮稳定线圈内圈的内径小于微转子的外径，上定子第二个悬浮稳定线圈外圈的外径大于微转子的外径，上定子和下定子的结构相同，在空间上是垂直相向对应的。

微转子是圆环结构，分别包括转子表面结构和转子的支撑结构，转子表面结构位于支撑结构的内侧。

转子的支撑结构采用转子表面结构采用PMMA材料，而齿形结构用Ni金属。

周边结构是一个圆环式结构，包括八个径向悬浮检测电极，这八个径向电极板均匀的分布在以平衡位置时环形转子中心为圆心的圆上，且彼此间隔相等。

本发明不仅具有能够自稳的设置：第一个悬浮稳定线圈内圈、第一个悬浮稳定线圈外圈、第二个悬浮稳定线圈内圈、第二个悬浮稳定线圈外圈和环形转子，而且具有轴向和径向两个悬浮设置，多个悬浮设置可以相互补充，提高陀螺整体悬浮刚度和效果。