专利名称：振动式环形陀螺仪的环体及支承结构的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，尤其涉及一种在环体的轴向侧设置支撑结构的振动式环形陀螺仪。
背景技术：
陀螺仪是一利用惯性原理量测转角或角速度的装置，振动式陀螺仪的构造虽简单但性能佳，且因其无轴承等转动件，所以极适合以微加工技术制作，目前已有多种型式的微型陀螺仪问市，微型陀螺仪以低成本且具有中高级性能特性的优势，加上体积微�。蛊渚哂屑愦蟮挠τ昧煊颍缥佬堑己接攵ㄎ幌低常且患叻⒄褂肷唐坊绷Φ母胁庾榧�
除了讯号检出线路方面的讯噪比限制外，另一影响振动式微陀螺仪性能(灵敏度)的主要因素即为其构型设计的良窳。于各种构型的振动式微陀螺仪中，环状振动式微陀螺仪由于是循环式轴对称构造，相对而言具有较高的感测灵敏度与降低因环境振动干扰、温度变化影响等优点，然而在环状(循环式)轴对称构型的前提下，环状振动式微陀螺仪的性能仍会因局部结构设计的不同而有所差异。
首先，请参阅图1，其所示的是已知的一种环状振动式微陀螺仪结构(美国专利第5,450,751号)，该微陀螺仪10是设置于一基座12中，其包括边环14、中心柱15及复数辐射状等间距分布的半圆形支撑结构16，于边环14外周围设置有复数电极13，该边环14、支撑结构16均是利用高深宽比微机电制程技术制作出，边环14与支撑结构16的结构高度相同，并通过由不同的边环14区域分别提供微陀螺仪10作为静电式驱动与电容式感测电极所需的感应面积，其感应方式是通过由边环14的不同区段与该复数感测/驱动电极13作感应达到，因此必须仰赖高度较大的边环14，以提供较大的有效作用面积，然而，在提升边环14高度的同时，也伴随增加边环14与支撑结构16的结构强度，导致在相同的静电驱动力与所诱导出的科氏力作用下，边环14的变形量减�。虼私档土宋⑼勇菀�10的结构径向变形量，亦即其感测量，反而不利于其感测灵敏度的提升，此外，由于支撑结构16必须占据环体14的内侧，因此不利于环体14内外两侧同时配置电极。
与前述将支撑结构设置于环体内侧的微陀螺仪10结构，另有「角速率感应器」(中国台湾发明专利公告第457370号，美国专利第6,828,958 B1号)、「角速率侦测器装置」(中国台湾发明专利公告第507077号)等专利，其结构大同小异，此处不再予以赘述。
再请参阅图2所示已知的另一种环状振动式微陀螺仪结构，该微陀螺仪20是设置于一基座22中，其主要是由环体24及复数支撑结构26所构成，该结构与图1已知结构的最主要不同点在于其支撑结构26是呈辐射状分布设置于环体24外周围，因此，同样不利于环体24内外两侧同时设置电极，而该微陀螺仪20另具有一缺点在于，因支撑结构26设置于环体24外周围，使得整体微陀螺仪20的径向面积扩大，必须占用较大的使用空间。
本新型内容鉴于上述已知技术的缺点，本实用新型的主要目的在于提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，该支撑结构是设置于环体的轴向侧，通过由支撑结构提供环体与基座相连接，使具有轴向与径向支撑力，因此得以拘束主要振动环体，使具备较佳的感测灵敏度与抵抗环境振噪的能力。
本实用新型的另一目的在于提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，在环体内侧和/或外侧设有补强结构，以提升环体局部刚性，维持椭圆形共振模态。
本实用新型的另一目的在于提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其支撑结构设置于环体的轴向侧，因此利于环体内外两侧均设置电极，以增加电极与环体感测的有效面积，加强驱动及感测讯号。
本实用新型的又一目的在于提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其支撑结构设置于环体的轴向侧，可缩减环形陀螺仪占用面积。
本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的，本实用新型的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其陀螺仪主要包括基座；设置于所述基座中，且具有一轴向高度的薄片环体；设置于所述基座与环体间，以供支撑环体用的支撑结构；以及复数个设置于所述环体的内侧和/或外侧，以供感测环体变形与驱动环体所用的电极；其特征在于该支撑结构是设置于该环体的轴向侧，通过由该支撑结构而可提供环体与基座连结，使具有轴向与径向支撑力。
为使能对本实用新型的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，
以下结合附图对其进行详细说明。
图1是已知的微陀螺仪的结构示意图；图2是另一习知微陀螺仪的结构示意图；图3是本实用新型的外观立体图；图4是本实用新型的局部外观立体图；图4A是图4的A-A剖视图；图5是本实用新型的俯视图；图6是本实用新型的振动示意图；图7是本实用新型另一较佳实施例的外观立体图；图8是本实用新型又一较佳实施例的局部立体图；图9是本实用新型再一较佳实施例的局部结构配合电极的立体图；图10是图9的实施例的轴断面图。
图号说明10-微陀螺仪；12-基座；13-电极；4-边环；5-中心柱；16-支撑结构；20-微陀螺仪；22-基座；24-环体；26-支撑结构；30-振动式环形陀螺仪；31-环体；32-支撑结构；321-弧状体；322、323-连接部；33-补强结构；331-凹部；34-电极；130-振动式环形陀螺仪；131-环体；132-支撑结构；1321-环形体；1322、1323-连接部；133-补强结构；1331-凹部；230-振动式环形陀螺仪；231-环体；232-支撑结构；2321-弧状体；2322、2323-连接部；233-补强结构；2331-凹部；330-振动式环形陀螺仪；331-环体；332-支撑结构；3321-弧状体；3322、3323-连接部；333-补强结构；3331-凹部；334-电极；D1、D2-间距；H1、H2、H3-高度。
具体实施方式
请参阅图3至4A，本实用新型的一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，该振动式环形陀螺仪30是设置于一基座中，该基座则设置于卫星导航或定位系统等载具中，图中为清楚表示该振动式环形陀螺仪30的结构，因此未将该基座示出，该振动式环形陀螺仪30主要是由一环体31以及支撑结构32组成，该环体31为一具有一轴向高度H1的薄片型圆环形体，该支撑结构32是设置于该环体31的轴向相对应两侧缘，该支撑结构32是由复数与环体31同圆径的弧状体321等距设置于环体31的轴向相对应两侧缘上，由弧状体321环绕构成一环状外型，于各弧状体321与环体31之间，设有至少一连接部322，通过由该连接部322可使弧状体321与环体31固接为一体，于各弧状体321的远离环体31的一侧的两端再分别设有一连接部323，由该连接部323将弧状体321固接于基座，即可将整体振动式环形陀螺仪30设置于基座中，由于环体31是由连接部322点状连接于弧状体321，使环体31成悬臂型式夹设于上下两支撑结构32间，故可限制环体31上下运动，但能保持环体31具有一定预度的径向压缩及振动预度。
为提升环体31局部刚性，维持椭圆形共振模态，于该环体31内侧壁设有补强结构33，该补强结构33是径向等宽凸出于环体31内侧壁中央的鳍状结构，于该补强结构33的相对应于弧状体321与环体31的连接部322处，设有由环体31侧径向朝外渐扩呈开口状的凹部331。
请参阅图5，该振动式环形陀螺仪30具有一圆环形环体31，于环体31轴向侧缘等距设有八段弧状体321，于环体31内侧壁设有一环补强结构33，于补强结构33的相对应于弧状体321的中央处设有凹部331，于相对应于弧状体321的设置处，亦即相对应于凹部331设置处的该环体31外周围设有复数的电极34，该电极34与环体31间具有一定间距D1。环体31因科氏力作用而导致相差产生45度椭圆形共振模态(如图6所示)时，由该补强结构33可提升环体31局部刚性，并由凹部331的设置使其易于维持椭圆形共振模态，实际运作状态时，该环体31的变形量可能极微�。�6为清楚表示环体31的椭圆形共振模态而刻意压缩该环体31，据此，由电极34感测因间距D1改变所导致的电容值变化，可获知该振动式环形陀螺仪30所设置的载具的角度姿态或旋转角速度，另必须说明的是，该电极34与环体31的间距D1，是依据该振动式环形陀螺仪30设计而得一最佳间距，该间距D1可使环体31与电极34具有一最近距离，且于环体31振动时不致触碰该电极34。
请参阅图7，该振动式环形陀螺仪130是由环体131以及设置于该环体131两轴向侧的支撑结构132构成，该支撑结构132包括一连续环形体1321，于该环形体1321与环体131之间等距设有连接部1322，于该环形体1321的远离环体131的一侧，与前述连接部1322交错设有连接部1323，藉由该连接部1323可将环形体1321固接于基座(图中未是出)，即可将整体振动式环形陀螺仪130设置于基座中，由于环体131是由连接部1322点状连接于环形体1321，使环体131成悬臂型式夹设于上下两支撑结构132间，故可限制环体131上下运动，但能保持环体131具有一定裕度的径向压缩及振动裕度。
为提升环体131局部刚性，维持椭圆形共振模态，于该环体131内侧壁设有补强结构133，该补强结构133是径向等宽凸出于环体131内侧壁中央的鳍状结构，于该补强结构133的相对应于弧状体1321与环体131的连接部1322处，设有由环体131侧径向朝外渐扩呈开口状的凹部1331。
请参阅图8，该振动式环形陀螺仪230的结构与第四图的实施例大同小异，该振动式环形陀螺仪230是由环体231以及设置于该环体231两轴向侧的支撑结构232构成，该支撑结构232是由复数与环体231同圆径的弧状体2321等距设置于环体231的轴向相对应两侧缘上，由弧状体2321环绕构成一环状外型，该弧状体2321的长度略短于第四图所示的弧状体321的长度，于各弧状体2321与环体23 1之间，设有至少一连接部2322，由该连接部2322可使弧状体232 1与环体231固接为一体，于各弧状体2321的远离环体231的一侧的两端再分别设有一连接部2323，由该连接部2323将弧状体2321固接于基座(图中未示出)，即可将整体振动式环形陀螺仪230设置于基座中，由于环体231是由连接部2322点状连接于弧状体2321，使环体231成悬臂型式夹设于上下两支撑结构232间，故可限制环体231上下运动，但能保持环体231具有一定预度的径向压缩及振动预度。
为提升环体231局部刚性，维持椭圆形共振模态，于该环体231内侧壁设有补强结构233，该补强结构233是径向等宽凸出于环体231内侧壁中央的鳍状结构，于该补强结构233的相对应于弧状体2321与环体231的连接部2322处，设有由环体231侧径向朝外渐扩呈开口状的凹部2331，该凹部2331与图4所示的凹部331的不同点在于，该凹部2331与环体231的连接部位是于环体231的内侧壁形成一间距D2，据此提供环体231于产生椭圆形共振模态时，该凹部2331两侧的补强结构233不致相互干涉。
请参阅图9及图10，该振动式环形陀螺仪330是由环体331以及设置于该环体331两轴向侧的支撑结构332构成，该支撑结构332是由复数与环体331同圆径的弧状体3321等距设置于环体331的轴向相对应两侧缘上，其状态可参阅图3实施例，也可以图7所示的连续环形体1321替代该弧状体3321，其所能达成的功效相同；于各弧状体3321与环体3331之间设有至少一连接部3322，由该连接部3322可使弧状体3321与环体331固接为一体，于各弧状体3321的远离环体331的一侧的两端再分别设有一连接部3323，藉由该连接部3323将弧状体3321固接于基座(图中未示出)，即可将整体振动式环形陀螺仪330设置于基座中，由于环体331是由连接部3322点状连接于弧状体3321，使环体331成悬臂型式夹设于上下两支撑结构332间，故可限制环体331上下运动，但能保持环体331具有一定裕度的径向压缩及振动裕度。
为提升环体331局部刚性，维持椭圆形共振模态，于该环体331内侧壁设有补强结构333，该补强结构333的特点在于，该补强结构333为全高式，其具有与环体331相同的高度H2，使得补强结构333可覆盖该环体331的内侧壁，于该补强结构333的相对应于弧状体3321与环体331的连接部3322处，设有由环体331侧径向朝外渐扩呈开口状的凹部3331，本实施例的一特点即在于，相对应于凹部3331设置处的该环体331内外侧均可设置电极334，该电极334具有一与环体331及补强结构333的高度H2相同的高度H3，据此，可使电极334与环体331具有全面的驱动及感测有效面积，有效感应面积的提升有利于同时降低所需驱动电压(能量)与增加感测讯噪比值，再者，由于环体331内外侧均可设置电极334，故最高可提升驱动感测效能为传统仅设置一侧电极效能的两倍。
综上所述，本实用新型将支撑结构设置于环体的轴向侧，据此提供环体与基座间具有轴向与径向支撑力，以拘束主要振动环体，使具备较佳的感测灵敏度与抵抗环境振噪的能力，并于环体内侧和/或外侧设有补强结构，以提升环体局部刚性，维持椭圆形共振模态，若将补强结构设置为与环体高度相同的全高式，则可于环体内外周围均置电极，提高驱动感测效能，其明显具备新颖性及产业利用性。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，而不能以此限制本实用新型的范围，即但凡依本实用新型权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本实用新型的要义所在，亦不脱离本实用新型的精神和范围，故都应视为本实用新型的进一步实施状况。
权利要求1.一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其陀螺仪主要包括一基座；一设置于前述基座中，且具有一轴向高度的薄片环体；一设置于前述基座与环体间，以供支撑环体用的支撑结构；以及复数个设置于前述环体的内侧和/或外侧，以供感测环体变形与驱动环体所用的电极；其特征在于该支撑结构是设置于该环体的轴向侧，由该支撑结构而可提供环体与基座连结，使具有轴向与径向支撑力。
2.如权利要求1所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是对称设置于该环体的轴向两侧边缘。
3.如权利要求1所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构呈环形，且该支撑结构具有与环体大致相同的内径及外径，于支撑结构与环体之间以及支撑结构与基座之间，分别设有复数的连接部；由支撑结构与环体间的连接部提供支撑结构与环体连结为一体，由支撑结构与基座间的连接部提供支撑结构与基座连结为一体，以达到将环体定位支撑的作用。
4.如权利要求3所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是由复数同圆径的弧状体环绕构成环状外型。
5.如权利要求4所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是由八段同圆径的弧状体环绕所构成，该八段支撑结构等角均设于环体轴向边缘，各段支撑结构之间具有相同间距，于各支撑结构底侧与环体之间设有连接部，于各支撑结构顶侧与基座之间设有连接部者。
6.如权利要求3所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是为一连续环形体，于支撑结构底部与环体之间等角设有连接部，于支撑结构顶部与基座之间亦等角设有连接部，且前述该设置于支撑结构底侧与顶侧的连接部是相互交错。
7.如权利要求1所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该环体的内侧和/或外侧设有补强结构。
8.如权利要求7所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该补强结构是径向凸出于环体表面，于该补强结构设有复数凹部。
9.如权利要求8所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该凹部是由环体侧径向朝外渐扩呈开口状，且该凹部是八个等角均布于补强结构。
10.如权利要求7所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该补强结构是与环体同高而可覆盖该环体的内侧壁和/或外侧壁。
11.一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，该振动式环形陀螺仪是设置于一基座中，且该环体为一具有一轴向高度的薄片型环体，该支撑结构为内径及外径与环体大致相同的环形结构，于环体轴向对称两侧分设有一支撑结构，于支撑结构与环体之间设有复数的连接部。
12.如权利要求11所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是由复数同圆径的弧状体环绕构成环状外型。
13.如权利要求12所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构是由八段同圆径的弧状体环绕所构成，该八段支撑结构等角均设于环体轴向边缘，各段支撑结构之间具有相同间距，于各支撑结构底侧与环体之间设有连接部，于各支撑结构顶侧与基座之间设有连接部。
14.如权利要求11所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该支撑结构为一连续环形体，于支撑结构底部与环体之间等角设有连接部，于支撑结构顶部与基座之间亦等角设有连接部，且前述该设置于支撑结构底侧与顶侧的连接部是相互交错。
15.如权利要求11所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该环体的内侧和/或外侧设有补强结构。
16.如权利要求15所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该补强结构是径向凸出于环体表面，于该补强结构上等角设有凹部。
17.如权利要求16所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该凹部是由环体侧径向朝外渐扩呈开口状，且该凹部是八个等角均布于补强结构。
18.如权利要求15所述的振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，其特征在于该补强结构是与环体同高而可覆盖该环体的内侧壁和/或外侧壁。
专利摘要本实用新型提供一种振动式环形陀螺仪的环体及支撑结构，该环体为一具有轴向高度的薄片环体，该支撑结构供支撑环体用，其特征在于该支撑结构是设置于该环体的轴向两侧端，藉由该支撑结构提供环体具有轴向与径向支撑力，以拘束主要振动环体，使具备较佳的感测灵敏度与抵抗环境振噪的能力，另于环体内或外侧壁上设有环绕环体的补强结构，以提升环体局部刚性，并能维持椭圆形共振模态，若将补强结构设置为与环体同高的全高式，则可于环体内外侧均设置电极，提高驱动和/或感测电极的有效面积及其效能为传统仅设置一侧电极效能的两倍，而有效感应面积的提升更有利于同时降低所需驱动电压与增加感测讯噪比值。
文档编号G01C19/5677GK2618143SQ0326410
公开日2004年5月26日 申请日期2003年5月30日 优先权日2003年5月30日
发明者李国骧, 林松涛, 李世平, 张明暐, 李汉州, 许铭修, 粘金重 申请人:财团法人工业技术研究院
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