【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有转子的微机械设备，所述转子以可转动运动的方式锚固在衬底上，用于以一角度转动。这样的表面微机械设备例如作为转速传感器已知。被驱动进行扭振的转子在科里奥利力的作用下偏转，这被探测为转速。
技术介绍
1、为了制造这样的转速传感器，已知不同的mems工艺。广泛使用的是在功能层中制造微机械结构，该功能层布置在硅衬底上方(图1)。
2、如果制造转速传感器，则通常在功能层中产生独立的质量，该质量通过一个或多个弹簧固定在衬底上，所述弹簧通常同样在功能层中产生。为了确定转速，独立的质量通常被置于面内振动(in-plane-schwingung)、即平行于主要的衬底平面(xy平面)的振动中，并且测量该质量的由于科里奥利加速度引起的偏转。在此，特别有利的组件是转子，因为借助这些转子可以同时检测沿x和y方向的转速。从德国专利申请de 102021200483.0中已知，在功能上这样扩展转子，使得也可以探测沿z方向施加的转动类型信号。
3、对这种类型的可运动的结构的驱动通常通过梳状结构(图2b)来实现。如果在两个相互啮合的梳齿之间施加电压，则产生力。可运动的梳齿在运动时没入(eintauchen)到固定的梳齿中并且该系统的电容增加。这样的系统的优点在于，力恒定地且与偏转无关地起作用。这种组件的缺点是，对于给定的面积和电压，只能产生非常小的力。由于原理的原因，具有平坦的面的梳状驱动器也只适合用于直线驱动运动。
4、该驱动器对于驱动具有旋转的元件的转速传感器是特别不利的。要么需要在转子之外设置梳状结构
5、原则上也可以考虑用于转子的板式驱动器，然而，可能的偏转在此受到板间距的强烈限制(图2a)。
技术实现思路
1、本专利技术的任务是，实现一种紧凑且高效的微机械扭振驱动器。
2、本专利技术提出，将两个螺旋形电极用作用于转子的驱动结构。第一螺旋锚固在可运动的转子上或者集成在转子中。螺旋的中心位于转子的旋转中心处。第二螺旋锚固在衬底上。为了进行驱动，在两个螺旋之间施加电压。为了进行探测，读取两个螺旋之间的电容。
3、随着旋转运动，第一螺旋与第二螺旋之间的搭接部改变。该组件基本上形成一种卷绕的梳状驱动器，该卷绕的梳状驱动器的可能的偏转角非常大。
4、在螺旋元件的一种有利构型中，螺旋之间的板间距d也发生变化。通过间距变化，如在板式电容器的情况下那样，可以产生非常高的力。为此，为螺旋元件选择适合的数学函数。最简单的是使用阿基米德螺旋：
5、r(φ)＝a*φ，φ(r)＝r/a
6、或者在笛卡尔坐标中表示为：
7、x(t)＝a*t cos(t)，y(t)＝a*t sin(t)，
8、螺旋分支之间的间距a*2*п保持相同，因此，即使在旋转时，间距在各处也以相同的量值改变，因此可以实现最佳的面积利用，即每单位面积最大的力，因为在各处具有相同的变化。
9、螺旋的螺距(steigung)可以在半径上改变。在一种特别有利的组件中，这样选择螺距，使得在旋转时两个螺旋之间的间距在各处、即与半径无关地发生相同的变化。因此，两个螺旋与半径无关地对于每单位面积总是产生相同的保持不变的高扭矩。这种组件的特别有利之处在于，该组件能够特别简单且面积有利地实现。尤其是当利用螺旋部段工作时，螺旋臂的桥接部宽度也不必为了能够实现这种螺距条件而改变，这又允许最佳的面积利用。
10、螺旋和转子具有非常相似的形状，因此，将螺旋集成到转子中是特别简单的。因此，根据本专利技术的螺旋元件不像梳状驱动器那样受到转子的可能的转动角的原理性限制。
11、两个螺旋也可以作为一个螺旋的单个部段产生，并且保持其作为驱动器的功能。因此，也可以将螺旋结构作为驱动器特别简单地安装到具有特殊结构的转子中。
12、根据本专利技术的组件在面积小的同时具有大的驱动力。该组件尤其良好地适合用于驱动旋转运动，并且可以与半径无关地产生每单位使用面积保持不变的扭矩。该组件能够特别简单地以高效的面积利用集成到转子中，也能够集成到具有附加的其他结构的转子中。
13、本专利技术提出一种微机械设备，其具有：
14、转子，所述转子以能转动运动的方式锚固在衬底上，用于在转动轴线上以偏转角转动；
15、第一螺旋元件，所述第一螺旋元件与所述转子连接，用于实施以所述偏转角转动；
16、至少一个第二螺旋元件，所述第二螺旋元件锚固在所述衬底上，
17、其中，所述第一螺旋元件和所述第二螺旋元件以板间距并列布置，
18、其中，所述第一螺旋元件和所述第二螺旋元件共同形成第一电容器结构。
19、根据一种有利的实施方式，所述板间距根据围绕所述转动轴线的极角可变化。
20、根据一种有利的实施方式，所述设备具有多个第一和第二螺旋元件，所述多个第一和第二螺旋元件布置为叉指式结构(interdigitalstruktur)。
21、根据一种有利的实施方式，所述设备具有第三螺旋元件，其中，所述第一螺旋元件布置在所述第二螺旋元件与所述第三螺旋元件之间，其中，所述第一螺旋元件和所述第三螺旋元件共同形成第二电容器结构。
22、根据一种有利的实施方式，所述第二螺旋元件和尤其所述第三螺旋元件在垂直于所述转动轴线的平面中被所述转子包围。
23、根据一种有利的实施方式，所述转子、所述第一螺旋元件、所述第二螺旋元件和尤其所述第三螺旋元件布置在所述衬底上方的微机械功能层中并且锚固在其上。
24、根据一种有利的实施方式，所述转子能够从静止位置沿两个相反的方向分别以确定的偏转角的量值的一半偏转。
25、根据一种有利的实施方式，所述第一螺旋元件和所述第二螺旋元件和尤其所述第三螺旋元件形成电容式驱动器，用于驱动所述转子在所述转动轴线上的转动运动、尤其是以所述偏转角扭振。
26、根据一种有利的实施方式，所述第一螺旋元件和所述第二螺旋元件和尤其所述第三螺旋元件形成电容式传感器，用于探测所述转子在所述转动轴线上的转动运动。
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1.一种微机械设备，其具有：
2.根据权利要求1所述的微机械设备，其特征在于，所述板间距(d)根据围绕所述转动轴线(D)的极角(φ)能变化。
3.根据权利要求1或2所述的微机械设备，其特征在于，所述设备具有多个第一螺旋元件和第二螺旋元件(110，120)，所述多个第一螺旋元件和第二螺旋元件布置为叉指式结构。
4.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述设备具有第三螺旋元件(130)，其中，所述第一螺旋元件(110)布置在所述第二螺旋元件(120)与所述第三螺旋元件(130)之间，其中，所述第一螺旋元件(110)和所述第三螺旋元件(130)共同形成第二电容器结构(113)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述第二螺旋元件(120)和尤其所述第三螺旋元件(130)在垂直于所述转动轴线(D)的平面中被所述转子(20)包围。
6.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述转子(20)、所述第一螺旋元件(110)、所述第二螺旋元件(120)和尤其所述第三螺旋元件(130
7.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述转子能够从静止位置沿两个相反的方向分别以确定的偏转角(Δφ)的量值的一半偏转。
8.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述第一螺旋元件(110)和所述第二螺旋元件(120)和尤其所述第三螺旋元件(130)形成电容式驱动器，用于驱动所述转子(20)在所述转动轴线(D)上的转动运动、尤其是以所述偏转角(Δφ)扭振。
9.根据上述权利要求1至7中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述第一螺旋元件(110)和所述第二螺旋元件(120)和尤其所述第三螺旋元件(130)形成电容式传感器，用于探测所述转子(20)在所述转动轴线(D)上的转动运动。
...【技术特征摘要】
1.一种微机械设备，其具有：
2.根据权利要求1所述的微机械设备，其特征在于，所述板间距(d)根据围绕所述转动轴线(d)的极角(φ)能变化。
3.根据权利要求1或2所述的微机械设备，其特征在于，所述设备具有多个第一螺旋元件和第二螺旋元件(110，120)，所述多个第一螺旋元件和第二螺旋元件布置为叉指式结构。
4.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述设备具有第三螺旋元件(130)，其中，所述第一螺旋元件(110)布置在所述第二螺旋元件(120)与所述第三螺旋元件(130)之间，其中，所述第一螺旋元件(110)和所述第三螺旋元件(130)共同形成第二电容器结构(113)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的微机械设备，其特征在于，所述第二螺旋元件(120)和尤其所述第三螺旋元件(130)在垂直于所述转动轴线(d)的平面中被所述转子(20)包围。
6.根据上述权利要求中任...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·赖因穆特，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：
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