[发明专利]挠性支撑转子式微陀螺

说明书

技术领域

本发明属于机械陀螺技术领域，涉及一种转子式机械陀螺。

背景技术

随着陀螺技术的发展，陀螺在国防、工业及其他领域得到广泛应用。转子式陀螺由于存在转子结构，与振动陀螺相比，精度相对较高。振动陀螺结构在MEMS领域得到广泛应用，以其成本低、体积小、高集成度等优势在陀螺发展中占有重要地位，并在消费电子市场中有广阔的发展前景。然而振动陀螺由于机械振动耦合等原因，精度受限。常见的转子式陀螺有静电悬浮转子式陀螺、磁悬浮转子式陀螺、动力调谐陀螺、液浮陀螺，由于转子结构的存在大部分为大型陀螺。

发明内容

为了克服传统转子式陀螺的不足，本发明提出了一种小型、高精度、低成本的挠性支撑转子式微陀螺。本发明的挠性支撑转子式微机械陀螺是一种小型化转子式陀螺，其偏置稳定性与光纤陀螺、激光陀螺相当，有望取代部分光纤陀螺和激光陀螺；其成本比同精度光纤陀螺和激光陀螺低两个数量级以上，体积比光纤陀螺和激光陀螺小，在导航等高精度领域有着广泛应用。

本发明技术方案如下：

一种挠性支撑转子式微陀螺，包括定子、定子线圈、碟形转子、梁、敏感器、执行器、框架、连接轴、转子轴，其中：

所述定子线圈设置在定子的内侧；

所述梁和框架通过连接轴连接为一体固定在定子上；

所述碟形转子通过转子轴固定在框架内；

所述框架将碟形转子固定在定子的内部且与定子在同一平面；

所述梁的上下位置分别贴有敏感器和执行器，与电路系统构成闭环控制。

本发明中，所述定子采用类永磁无刷直流电机、涡流电机等无刷电机的直驱式驱动。

本发明中，所述定子由高磁导率圆环硅钢片叠压而成。

本发明中，所述碟形转子为磁性（充磁方向在转子平面内）碟转子。

本发明中，所述梁由具有弹性的材料铜制成。

本发明中，所述转子轴与框架之间的支撑方式包括圆锥形轴及轴尖支撑在内的所有轴承及支撑方式，例如：转子轴通过宝石轴尖支撑与框架连接。

本发明在框架结构上同时运用敏感器和执行器使框架在电路系统的支持下完成闭环控制功能，包括电磁、压阻、压电等感应检测方式，压电、热电、电磁等执行方式。

本发明中，陀螺感应陀螺载体在定子径向方向的两个自由度的角速度。

本发明的有益效果是：

1、本发明的挠性支撑转子式微机械陀螺与静电陀螺、液浮陀螺、动力调谐陀螺相比，具有体积小、成本低、加工容易等优点。

2、与MEMS陀螺相比具有高精度的优势，本发明的挠性支撑转子式微机械陀螺的精度在战术级与导航级之间。与国内外已报道的转子式微陀螺相比，本发明的挠性支撑转子式微机械陀螺在精度及稳定性上具有明显优势。

附图说明

图1为本发明挠性支撑转子式微机械陀螺装配图；

图2为本发明挠性支撑转子式微机械陀螺剖面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1和图2所示，本发明所涉及的挠性支撑转子式微机械陀螺包括定子1、定子线圈2、碟形转子3、梁4、敏感器5、执行器6、框架7、连接轴8、带宝石轴尖支撑的转子轴9，定子线圈2设置在定子1的内侧，梁4和框架7通过连接轴8连接为一体固定在定子1上，碟形转子3通过带宝石轴尖支撑的转子轴9固定在框架7内，带宝石轴尖支撑的转子轴9可以保障转子轴9与框架7间无缝隙，框架7将碟形转子3固定在定子1所在平面且位于定子1的内部，碟形转子3发生偏转偏离定子1平面时，框架7带动梁4发生相同角度的偏转，敏感器5和执行器6根据具体感应响应机理贴附在梁4的相应位置。

制作过程：

定子1由激光切割的硅钢片叠压而成，采用机械冲压的方式，梁4和框架7通过连接轴8连接为一体固定在定子1上。框架7具有弹性，对通过宝石轴尖支撑固定在框架7内的碟形转子3有预紧力。固定使得定转子共面。碟形转子3为磁性材料，对碟形转子3在转子平面内同一平行方向进行充磁。在梁4相应位置加入敏感器5、执行器6，与信号处理电路共同构成闭环控制系统。

工作原理：

在定子线圈施加电场，形成旋转磁场驱动碟形转子高速旋转。当陀螺载体有定子径向方向角速度时，碟形转子受到科里奥利力矩作用，发生相对定子平面的偏转。当碟形转子发生偏转时，引起梁的微小形变，敏感器有输入，经信号处理系统，反馈到执行器，对梁的形变进行反馈控制，控制陀螺的动态过程。由于铜结构梁弹性系数大，控制系统的稳态值输出很小，梁的微小形变保障了系统的线性度。与传统转子式陀螺相比，挠性支撑转子式微机械陀螺具有能实现闭环控制、动态调整过程时间短、线性度好、灵敏度高、检测准确等优点。