專利名稱：軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺，特別是一種軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，用于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)與陀螺技術(shù)相結(jié)合促生了許多新穎微陀螺的產(chǎn)生，這種新穎微陀螺體積小，功耗小，成本低，具有自己獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。目前，使用MEMS技術(shù)制造的微陀螺主要集中在振動(dòng)式微陀螺和懸浮轉(zhuǎn)子式微陀螺上。振動(dòng)式微陀螺檢測(cè)質(zhì)量系聯(lián)在基體上，利用科氏加速度，通過驅(qū)動(dòng)模態(tài)向檢測(cè)模態(tài)的能量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)對(duì)外界輸入角速度的測(cè)量。該種微陀螺因?yàn)槟B(tài)和耦合誤差問題、制造缺陷的影響、材料變化的影響等，提高其測(cè)量精度比較困難。懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的利用高速旋轉(zhuǎn)的剛體具有定軸性實(shí)現(xiàn)陀螺功能，其檢測(cè)剛體懸浮并高速旋轉(zhuǎn)，不需要機(jī)械支撐，可獲得更高的精度。目前懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺主要利用電磁懸浮和靜電懸浮。而本發(fā)明利用電磁懸浮原理。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號(hào)為US 5955800，名稱為懸浮系統(tǒng)(Leivitation Systems)的美國專利中提到的系統(tǒng)由高導(dǎo)電率體圓盤、電磁感應(yīng)渦流懸浮力產(chǎn)生裝置、電磁感應(yīng)渦流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)裝置構(gòu)成，該專利提到這種懸浮裝置可以用在陀螺中，構(gòu)成磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺，這是一種利用電磁懸浮原理的微陀螺，高頻電磁渦流產(chǎn)生懸浮作用，其主要缺點(diǎn)是渦流發(fā)熱嚴(yán)重，功耗大，高頻電流的獲得復(fù)雜，轉(zhuǎn)子徑向穩(wěn)定性弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提供一種軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，使其利用電磁鐵相吸、電感檢測(cè)和反饋控制共同實(shí)現(xiàn)軟磁轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮，利用磁阻最小原理，利用定、轉(zhuǎn)子雙凸極軸向磁路走向磁阻最小的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)軟磁轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，高速旋轉(zhuǎn)的軟磁轉(zhuǎn)子具有定軸性，從而可實(shí)現(xiàn)陀螺效應(yīng)。通過電感檢測(cè)軟磁轉(zhuǎn)子位置，通過反饋力矩再平衡原理實(shí)現(xiàn)對(duì)外界輸入角速度的測(cè)量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案具體實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明設(shè)置為三層三明治結(jié)構(gòu)，分別為上定子結(jié)構(gòu)層、下定子結(jié)構(gòu)層、高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子。上定子結(jié)構(gòu)層和下定子結(jié)構(gòu)層裝配在一起，形成一個(gè)空腔，高磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)子設(shè)置在此空腔內(nèi)。
本發(fā)明下定子結(jié)構(gòu)層包括下定子基板，四個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)，四個(gè)徑向吸懸電感檢測(cè)元件，軸向吸懸組件，軸向磁路變磁阻旋轉(zhuǎn)定子凸極線圈組件。其連接關(guān)系為在下定子基板設(shè)置四個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)，在每個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)之間設(shè)置徑向吸懸電感檢測(cè)元件。徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件設(shè)置在一個(gè)圓周上。在此圓周內(nèi)側(cè)，設(shè)置軸向吸懸組件，軸向吸懸組件由四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件構(gòu)成，四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件設(shè)置在一個(gè)圓周上。軸向磁路變磁阻旋轉(zhuǎn)定子凸極線圈組件設(shè)置在下定子基板的中心區(qū)域上。軸向磁路變磁阻旋轉(zhuǎn)定子凸極線圈組件由14個(gè)線圈和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)構(gòu)成。線圈是平面結(jié)構(gòu)。帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)由14個(gè)凸極設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)上而成。四個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)徑向吸懸電感檢測(cè)元件所在圓周的圓心、四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件所在圓周的圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)的圓心重合。四個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)徑向吸懸電感檢測(cè)元件由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)和方形螺旋線圈構(gòu)成。四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件的部件組成由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)和方形螺旋線圈構(gòu)成。
本發(fā)明的上定子結(jié)構(gòu)層包括四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)，四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件，上定子基板，線圈，帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)。其連接關(guān)系為四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件布置在上定子基板的表面的同一圓周上。14個(gè)線圈和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)設(shè)置在上定子基板的表面上。帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)由14個(gè)凸極設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)上而成。四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件所在圓周圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)的圓心重合。四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)和四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件的部件由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)和方形螺旋線圈構(gòu)成。
本發(fā)明的高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子從內(nèi)向外依次設(shè)置小圓柱、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極間隙、軸向吸懸環(huán)面、徑向吸懸圓周面。
本發(fā)明微陀螺工作時(shí)，四個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)通電，通過四個(gè)徑向吸懸電感檢測(cè)元件不斷檢測(cè)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子的徑向位移，通過反饋控制實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子的徑向穩(wěn)定；四個(gè)軸向吸懸電磁鐵對(duì)通電，通過四個(gè)軸向吸懸電感檢測(cè)元件不斷檢測(cè)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子的軸向位移，實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子的軸向穩(wěn)定。
上定子層結(jié)構(gòu)和下定子結(jié)構(gòu)層中的14個(gè)凸極外的14個(gè)線圈與含12個(gè)變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極的高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子構(gòu)成四相變磁阻微電機(jī)，利用磁阻最小原理工作，使高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。從而具有陀螺效應(yīng)。
當(dāng)外界輸入角速度時(shí)，軸向吸懸電感檢測(cè)元件檢測(cè)到位移信息，通過反饋控制，給微陀螺施加反饋力矩，轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)到與殼體平行的位置。通過力矩再平衡原理實(shí)現(xiàn)對(duì)外界輸入量的測(cè)量。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)時(shí)考慮了微細(xì)加工的要求。下定子結(jié)構(gòu)層中還包括絕緣支撐材料，徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、凹孔腔。絕緣支撐材料設(shè)置在下定子基板上，絕緣支撐材料呈凹字型結(jié)構(gòu)，凹孔腔設(shè)置在絕緣支撐材料的上表面中心處。徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域設(shè)置在絕緣支撐材料中。這種結(jié)構(gòu)的下定子結(jié)構(gòu)層適合多層微細(xì)加工工藝加工。
上定子結(jié)構(gòu)層中還包括絕緣支撐材料、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域。絕緣支撐材料設(shè)置在上定子基板上，絕緣支撐材料呈長方型結(jié)構(gòu)。軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域設(shè)置在絕緣支撐材料中。
本發(fā)明利用電磁鐵相吸實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮，電磁鐵線圈直接通直流電，與現(xiàn)有的利用渦流的電磁懸浮方式相比，電源獲取較為方便。通過設(shè)置徑向懸浮電磁鐵，使得徑向懸浮剛度可調(diào)，且能保持較大的值，克服了現(xiàn)有的磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺徑向剛度小且不可調(diào)的缺點(diǎn)。通過電感實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)和反饋控制，與現(xiàn)有的利用微電容檢測(cè)的位置的方式相比，不存在電擊穿等現(xiàn)象，檢測(cè)量程大。利用磁阻最小原理的變磁阻驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)方式，較利用高頻旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)產(chǎn)生渦流進(jìn)行實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的方式相比，轉(zhuǎn)子熱損耗小。本發(fā)明的設(shè)計(jì)考慮了微細(xì)加工的特點(diǎn)，特別適合多層微細(xì)加工工藝，具有尺寸小，功耗小，實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)。


圖1 本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意2 本發(fā)明下定子結(jié)構(gòu)層示意3 本發(fā)明下定子軸向吸懸與檢測(cè)結(jié)構(gòu)示意4 本發(fā)明上定子結(jié)構(gòu)層示意5 本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)層示意6 本發(fā)明定子旋轉(zhuǎn)凸極結(jié)構(gòu)層示意7 本發(fā)明徑向吸懸電磁鐵對(duì)、徑向吸懸電感檢測(cè)元件結(jié)構(gòu)示意8 本發(fā)明軸向吸懸電磁鐵對(duì)、軸向吸懸電感檢測(cè)元件結(jié)構(gòu)示意9 本發(fā)明下定子結(jié)構(gòu)截面示意10 本發(fā)明上定子結(jié)構(gòu)截面示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明為三層三明治結(jié)構(gòu)，分別為上定子結(jié)構(gòu)層1、下定子結(jié)構(gòu)層3、高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2。上定子結(jié)構(gòu)層1和下定子結(jié)構(gòu)層3裝配在一起，形成一個(gè)空腔，高磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)子2設(shè)置在此空腔內(nèi)。
如圖2、3、6所示，本發(fā)明下定子結(jié)構(gòu)層3包括下定子基板4，徑向吸懸電磁鐵對(duì)5、7、9、11，徑向吸懸電感檢測(cè)元件6、8、10、12，軸向吸懸組件13，線圈45，帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)14。其連接關(guān)系為在下定子基板4設(shè)置徑向吸懸電磁鐵對(duì)7、9、5、11，在每個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)之間設(shè)置徑向吸懸電感檢測(cè)元件12、8、10、6。徑向吸懸電磁鐵對(duì)7、9、5、11和徑向吸懸電感檢測(cè)元件12、8、10、6設(shè)置在一個(gè)圓周上。在此圓周內(nèi)側(cè)，設(shè)置軸向吸懸組件13。軸向吸懸組件13由軸向吸懸電磁鐵對(duì)48、50、52、54和軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55構(gòu)成，軸向吸懸電磁鐵對(duì)48、50、52、54和軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55設(shè)置在一個(gè)圓周上。線圈45和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)14設(shè)置在下定子基板4的中心區(qū)域上。14個(gè)線圈45設(shè)置在帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)14上。線圈45是平面結(jié)構(gòu)。帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)14由14個(gè)凸極46設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)47上而成。徑向吸懸電磁鐵對(duì)7、9、5、11和徑向吸懸電感檢測(cè)元件12、8、10、6所在圓周的圓心、軸向吸懸電磁鐵對(duì)48、50、52、54和軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55所在圓周的圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)47的圓心重合。
如圖4、6所示，本發(fā)明上定子結(jié)構(gòu)層1包括軸向吸懸電磁鐵對(duì)16、20、18、22，軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23，上定子基板15，線圈24，帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)25。其連接關(guān)系為軸向吸懸電磁鐵對(duì)16、20、18、22和軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23布置在上定子基板15的表面的同一圓周上。14個(gè)線圈24和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)25設(shè)置在上定子基板15的表面上。帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)25由14個(gè)凸極30設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)31上而成。軸向吸懸電磁鐵對(duì)16、20、18、22和軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23所在圓周圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)31的圓心重合。
如圖7所示，徑向吸懸電磁鐵對(duì)7、9、5、11和徑向吸懸電感檢測(cè)元件12、8、10、6，由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)33和方形螺旋線圈34構(gòu)成。方形螺旋線圈34纏繞在U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)33之上。
如圖8所示，軸向吸懸電磁鐵對(duì)16、20、18、22和軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23，軸向吸懸電磁鐵對(duì)48、50、52、54和軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55，由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)35和方形螺旋線圈36構(gòu)成。方形螺旋線圈36纏繞在U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)35之上。
如圖5所示，本發(fā)明的高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2從內(nèi)向外依次設(shè)置小圓柱32、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極26、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極間隙28、軸向吸懸環(huán)面27、徑向吸懸圓周面29。高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2含12個(gè)變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極26。
本發(fā)明微陀螺工作時(shí)，徑向吸懸電磁鐵對(duì)7、9、5、11通電，通過徑向吸懸電感檢測(cè)元件12、8、10、6不斷檢測(cè)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2的徑向位移，通過反饋控制實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2的徑向穩(wěn)定；軸向吸懸電磁鐵對(duì)16、20、18、22及軸向吸懸電磁鐵對(duì)48、50、52、54通電，通過軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23及軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55不斷檢測(cè)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2的軸向位移，實(shí)現(xiàn)高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2的軸向穩(wěn)定。
上定子層結(jié)構(gòu)層1凸極30上的線圈45和下定子結(jié)構(gòu)層3中的凸極46上的線圈24與含12個(gè)變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極26的高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2構(gòu)成四相變磁阻微電機(jī)，利用磁阻最小原理工作，使高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子2高速穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。從而具有陀螺效應(yīng)。
當(dāng)外界輸入角速度時(shí)，軸向吸懸電感檢測(cè)元件17、21、19、23及軸向吸懸電感檢測(cè)元件49、51、53、55檢測(cè)到位移信息，通過反饋控制，給微陀螺施加反饋力矩，轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)到與殼體平行的位置。通過力矩再平衡原理實(shí)現(xiàn)對(duì)外界輸入量的測(cè)量。
如圖9所示，下定子結(jié)構(gòu)層3中還包括絕緣支撐材料37，徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域38、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域39、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域40、凹孔腔44。絕緣支撐材料37設(shè)置在下定子基板4上，絕緣支撐材料37呈凹字型結(jié)構(gòu)，凹孔腔44設(shè)置在絕緣支撐材料37的上表面中心處。徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域38、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域40、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域39設(shè)置在絕緣支撐材料37中。這種結(jié)構(gòu)的下定子結(jié)構(gòu)層3適合多層微細(xì)加工工藝加工。
如圖10所示，上定子結(jié)構(gòu)層1中還包括絕緣支撐材料41、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域42、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域43。絕緣支撐材料41設(shè)置在上定子基板15上，絕緣支撐材料41呈長方型結(jié)構(gòu)。軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域42、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域43設(shè)置在絕緣支撐材料41中。這種結(jié)構(gòu)的上定子結(jié)構(gòu)層1適合多層微細(xì)加工工藝加工。
權(quán)利要求
1.一種軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，包括上定子結(jié)構(gòu)層(1)、高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子(2)、下定子結(jié)構(gòu)層(3)，上定子結(jié)構(gòu)層(1)和下定子結(jié)構(gòu)層(3)連接在一起，形成一個(gè)空腔，高磁導(dǎo)率轉(zhuǎn)子(2)設(shè)置在此空腔內(nèi)，其特征在于，上定子結(jié)構(gòu)層(1)包括軸向吸懸電磁鐵對(duì)(16、20、18、22)、軸向吸懸電感檢測(cè)元件(17、21、19、23)、上定子基板(15)、線圈(24)、帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(25)，軸向吸懸電磁鐵對(duì)(16、20、18、22)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(17、21、19、23)布置在上定子基板(15)的表面的同一圓周上，14個(gè)線圈(24)和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(25)設(shè)置在上定子基板(15)的表面上；下定子結(jié)構(gòu)層(3)包括下定子基板(4)、徑向吸懸電磁鐵對(duì)(5、7、9、11)、徑向吸懸電感檢測(cè)元件(6、8、10、12)、軸向吸懸組件(13)、帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(14)、線圈(45)，在下定子基板(4)設(shè)置徑向吸懸電磁鐵對(duì)(7、9、5、11)，在每個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)之間設(shè)置徑向吸懸電感檢測(cè)元件(12、8、10、6)，徑向吸懸電磁鐵對(duì)(7、9、5、11)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件(12、8、10、6)設(shè)置在一個(gè)圓周上，在此圓周內(nèi)側(cè)，設(shè)置軸向吸懸組件(13)，線圈(45)和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(14)設(shè)置在下定子基板(4)的中心區(qū)域上，14個(gè)線圈(45)設(shè)置在帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(14)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，軸向吸懸組件(13)由軸向吸懸電磁鐵對(duì)(48、50、52、54)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(49、51、53、55)構(gòu)成，軸向吸懸電磁鐵對(duì)(48、50、52、54)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(49、51、53、55)設(shè)置在一個(gè)圓周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(25)由14個(gè)凸極(30)設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)(31)上而成，軸向吸懸電磁鐵對(duì)(16、20、18、22)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(17、21、19、23)所在圓周圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)(31)的圓心重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)(14)由14個(gè)凸極(46)設(shè)置在高磁導(dǎo)率圓環(huán)(47)上而成，徑向吸懸電磁鐵對(duì)(7、9、5、11)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件(12、8、10、6)所在圓周的圓心、軸向吸懸電磁鐵對(duì)(48、50、52、54)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(49、51、53、55)所在圓周的圓心與高磁導(dǎo)率圓環(huán)(47)的圓心重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，徑向吸懸電磁鐵對(duì)(7、9、5、11)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件(12、8、10、6)，由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)(33)和方形螺旋線圈(34)構(gòu)成，方形螺旋線圈(34)纏繞在U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)(33)之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，軸向吸懸電磁鐵對(duì)(16、20、18、22)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(17、21、19、23)，軸向吸懸電磁鐵對(duì)(48、50、52、54)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件(49、51、53、55)，由U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)(35)和方形螺旋線圈(36)構(gòu)成。方形螺旋線圈(36)纏繞在U型高磁導(dǎo)率材料結(jié)構(gòu)(35)之上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子(2)從內(nèi)向外依次設(shè)置小圓柱(32)、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極(26)、變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極間隙(28)、軸向吸懸環(huán)面(27)、徑向吸懸圓周面(29)，高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子(2)含12個(gè)變磁阻旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子凸極(26)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，下定子結(jié)構(gòu)層(3)中還包括絕緣支撐材料(37)、徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(38)、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域(39)、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(40)、凹孔腔(44)，絕緣支撐材料(37)設(shè)置在下定子基板(4)上，絕緣支撐材料(37)呈凹字型結(jié)構(gòu)，凹孔腔(44)設(shè)置在絕緣支撐材料(37)的上表面中心處，徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(38)、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(40)、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域(39)設(shè)置在絕緣支撐材料(37)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，其特征是，上定子結(jié)構(gòu)層(1)中還包括絕緣支撐材料(41)、軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(42)、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域(43)，絕緣支撐材料(41)設(shè)置在上定子基板(15)上，絕緣支撐材料(41)呈長方型結(jié)構(gòu)，軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件安裝區(qū)域(42)、線圈和凸極及高磁導(dǎo)率圓環(huán)安裝區(qū)域(43)設(shè)置在絕緣支撐材料(41)中。
全文摘要
一種微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的軟磁吸懸高速旋轉(zhuǎn)剛體微陀螺，包括上定子結(jié)構(gòu)層、高磁導(dǎo)率軟磁轉(zhuǎn)子、下定子結(jié)構(gòu)層。上定子結(jié)構(gòu)層中，軸向吸懸電磁鐵對(duì)和軸向吸懸電感檢測(cè)元件布置在上定子基板的表面的同一圓周上，線圈和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)設(shè)置在上定子基板的表面上；下定子結(jié)構(gòu)層中，在下定子基板設(shè)置徑向吸懸電磁鐵對(duì)，在每個(gè)徑向吸懸電磁鐵對(duì)之間設(shè)置徑向吸懸電感檢測(cè)元件，徑向吸懸電磁鐵對(duì)和徑向吸懸電感檢測(cè)元件設(shè)置在一個(gè)圓周上，在此圓周內(nèi)側(cè)，設(shè)置軸向吸懸組件，線圈和帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)設(shè)置在下定子基板的中心區(qū)域上，線圈設(shè)置在帶凸極的高磁導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明特別適合多層微細(xì)加工工藝，具有尺寸小，功耗小，實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C19/02GK1710384SQ20051002733
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日
發(fā)明者張衛(wèi)平, 陳文元, 趙小林, 段永瑞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)