主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪

摘要

一种微机械技术领域的主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪。本发明陀螺仪包括：上定子、环形转子、下定子，下定子上设有侧向电容板，下定子通过侧向电容板与上定子连接；这些侧向电容板与上定子和下定子一起围成一个环形空腔，环形转子设置在这个空腔中。本发明永磁环形转子采用环形且厚度大，相同转速下转动惯量大，该环形转子通过直流电悬浮稳定，电控简单，异步感应电机能便利地实现环形转子高速转动，电容设计方便了陀螺信号的提取。本发明有效克服了扁平环形转子结构、没有侧向稳定结构、侧向稳定性差的缺点，在作为方位陀螺使用时更有优势，同时采用MEMS技术制作工艺，成本低，在微小卫星、微机器人、虚拟现实等需要惯性技术的场合都可以使用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械技术领域的陀螺仪，具体涉及一种主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪。

技术背景

MEMS(微机电系统)和陀螺技术相结合，产生了许多新结构的微陀螺，主要有振动式微陀螺和悬浮转子式微陀螺，振动式微陀螺检测质量与衬底相连，漂移在每小时10度左右，其精度提高困难，悬浮转子微陀螺由于悬浮质量与衬底分开，精度可以做的很高，可达惯性级。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为CN03141542.3，专利名称为“磁悬浮转子微陀螺”，该专利提出了一种利用涡流悬浮的微陀螺，由于利用高频功率信号涡流悬浮，增加的陀螺制作难度，由于该陀螺转子是薄的扁平结构，没有侧向稳定结构，侧向稳定性较差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪。本发明中，永磁转子采用环形且厚度大，相同转速下转动惯量大，该环形转子通过直流电悬浮稳定，电控简单，异步感应电机能便利地实现转子高速转动，特殊的电容设计方便了陀螺信号的提取。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明陀螺仪包括：上定子、环形转子、下定子，连接方式为：下定子上设有侧向电容板，下定子通过侧向电容板与上定子连接；这些侧向电容板与上定子和下定子一起围成一个环形空腔，环形转子设置在这个空腔中。

下定子是由以下部分构成：下定子基体，下定子绝缘层，右上第一公共侧向电容板、右上第一检测侧向电容板、右上第二检测侧向电容板、右上第二公共侧向电容板、左上第二公共侧向电容板、左上第二检测侧向电容板、左上第一检测侧向电容板、左上第一公共侧向电容板、左下第二公共侧向电容板、左下第二检测侧向电容板、左下第一检测侧向电容板、左下第一公共侧向电容板、右下第一公共侧向电容板、右下第一检测侧向电容板、右下第二检测侧向电容板、右下第二公共侧向电容板、右上公共内侧侧向电容板、左上公共内侧侧向电容板、左下公共内侧侧向电容板、右下公共内侧侧向电容板，下定子右公共水平电容板、下定子上公共水平电容板、下定子左公共水平电容板、下定子下公共水平电容板、下定子右第一检测水平电容板、下定子右第二检测水平电容板、下定子上第一检测水平电容板、下定子上第二检测水平电容板、下定子左第二检测水平电容板、下定子左第一检测水平电容板、下定子下第一检测水平电容板、下定子下第二检测水平电容板，下定子右上垂直支撑柱、下定子左上垂直支撑柱、下定子左下垂直支撑柱、下定子右下垂直支撑柱，右外侧“门”型直流导线、右内侧“门”型直流导线、上外侧“门”型直流导线、上内侧“门”型直流导线、左外侧“门”型直流导线、左内侧“门”型直流导线、下外侧“门”型直流导线、下内侧“门”型直流导线，下定子右水平线圈、下定子右上水平线圈、下定子上水平线圈、下定子左上水平线圈、下定子左水平线圈、下定子左下水平线圈、下定子下水平线圈、下定子右下水平线圈，下定子右上侧向止挡柱、下定子左上侧向止挡柱、下定子左下侧向止挡柱、下定子右下侧向止挡柱。连接关系为：下定子绝缘层置于下定子基体之上。右上第一公共侧向电容板、右上第一检测侧向电容板、右上第二检测侧向电容板、右上第二公共侧向电容板、左上第二公共侧向电容板、左上第二检测侧向电容板、左上第一检测侧向电容板、左上第一公共侧向电容板、左下第二公共侧向电容板、左下第二检测侧向电容板、左下第一检测侧向电容板、左下第一公共侧向电容板、右下第一公共侧向电容板、右下第一检测侧向电容板、右下第二检测侧向电容板、右下第二公共侧向电容板、右上公共内侧侧向电容板、左上公共内侧侧向电容板、左下公共内侧侧向电容板、右下公共内侧侧向电容板置于下定子绝缘层之上，下定子右公共水平电容板、下定子上公共水平电容板、下定子左公共水平电容板、下定子下公共水平电容板、下定子右第一检测水平电容板置于下定子绝缘层之上，下定子右上垂直支撑柱、下定子左上垂直支撑柱、下定子左下垂直支撑柱、下定子右下垂直支撑柱置于下定子绝缘层之上，右外侧“门”型直流导线、右内侧“门”型直流导线、上外侧“门”型直流导线、上内侧“门”型直流导线、左外侧“门”型直流导线、左内侧“门”型直流导线、下外侧“门”型直流导线、下内侧“门”型直流导线置于下定子绝缘层之上，下定子右水平线圈、下定子右上水平线圈、下定子上水平线圈、下定子左上水平线圈、下定子左水平线圈、下定子左下水平线圈、下定子下水平线圈、下定子右下水平线圈置于下定子绝缘层之上。下定子右上侧向止挡柱、下定子左上侧向止挡柱、下定子左下侧向止挡柱、下定子右下侧向止挡柱置于下定子绝缘层之上。右内侧“门”型直流导线、右上公共内侧侧向电容板、上内侧“门”型直流导线、左上公共内侧侧向电容板、左内侧“门”型直流导线、左下公共内侧侧向电容板、下内侧“门”型直流导线、右下公共内侧侧向电容板依次布置在以下定子绝缘层中心为圆心的圆的圆周上。下定子右水平线圈、下定子右第二检测水平电容板、下定子右上水平线圈、下定子上第一检测水平电容板、下定子上水平线圈、下定子上第二检测水平电容板、下定子左上水平线圈、下定子左第二检测水平电容板、下定子左水平线圈、下定子左第一检测水平电容板、下定子左下水平线圈、下定子下第一检测水平电容板、下定子下水平线圈、下定子下第二检测水平电容板、下定子右下水平线圈、下定子右第一检测水平电容板依次布置在以下定子绝缘层中心为圆心的圆周上，这些结构的厚度相同，且位于右内侧“门”型直流导线、右上公共内侧侧向电容板、上内侧“门”型直流导线、左上公共内侧侧向电容板、左内侧“门”型直流导线、左下公共内侧侧向电容板、下内侧“门”型直流导线、右下公共内侧侧向电容板的外侧。右上第一公共侧向电容板、右上第一检测侧向电容板、右上第二检测侧向电容板、右上第二公共侧向电容板，上外侧“门”型直流导线，左上第二公共侧向电容板、左上第二检测侧向电容板、左上第一检测侧向电容板、左上第一公共侧向电容板，左外侧“门”型直流导线，左下第二公共侧向电容板、左下第二检测侧向电容板、左下第一检测侧向电容板、左下第一公共侧向电容板，下外侧“门”型直流导线，右下第一公共侧向电容板、右下第一检测侧向电容板、右下第二检测侧向电容板、右下第二公共侧向电容板，右外侧“门”型直流导线依次布置在以下定子绝缘层中心为圆心的圆周上，且位于下定子右水平线圈、下定子右第二检测水平电容板、下定子右上水平线圈、下定子上第一检测水平电容板、下定子上水平线圈、下定子上第二检测水平电容板、下定子左上水平线圈、下定子左第二检测水平电容板、下定子左水平线圈、下定子左第一检测水平电容板、下定子左下水平线圈、下定子下第一检测水平电容板、下定子下水平线圈、下定子下第二检测水平电容板、下定子右下水平线圈、下定子右第一检测水平电容板的外侧。下定子右公共水平电容板设置在下定子右水平线圈的中间，且两者厚度相同。下定子右上垂直支撑柱设置在下定子右上水平线圈的中间，下定子右上垂直支撑柱的厚度大于下定子右上水平线圈的厚度。下定子上公共水平电容板设置在下定子上水平线圈的中间，且厚度相同。下定子左上垂直支撑柱设置在下定子左上水平线圈的中间，下定子左上垂直支撑柱的厚度大于下定子左上水平线圈的厚度。下定子左公共水平电容板设置在下定子左水平线圈的中间，且厚度相同。下定子左下垂直支撑柱设置在下定子左下水平线圈的中间，下定子左下垂直支撑柱的厚度大于下定子左下水平线圈的厚度。下定子下公共水平电容板设置在下定子下水平线圈的中间，且厚度相同。下定子右下垂直支撑柱设置在下定子右下水平线圈的中间，下定子右下垂直支撑柱的厚度大于下定子右下水平线圈的厚度。

上定子由以下部分构成：上定子基体、上定子绝缘层、上定子右上水平线圈、上定子上第一检测水平电容板、上定子上水平线圈、上定子上第二检测水平电容板、上定子左上水平线圈、上定子左第二检测水平电容板、上定子左水平线圈、上定子左第一检测水平电容板、上定子左下水平线圈、上定子下第一检测水平电容板、上定子下水平线圈、上定子下第二检测水平电容板、上定子右下水平线圈、上定子右第一检测水平电容板、上定子右水平线圈、上定子右第二检测水平电容板、上定子右上垂直支撑柱、上定子上公共水平电容板、上定子左上垂直支撑柱、上定子左公共水平电容板、上定子左下垂直支撑柱、上定子下公共水平电容板、上定子右下垂直支撑柱、上定子右公共水平电容板。连接关系为：上定子绝缘层设置在上定子基体之上，上定子右上水平线圈、上定子上第一检测水平电容板、上定子上水平线圈、上定子上第二检测水平电容板、上定子左上水平线圈、上定子左第二检测水平电容板、上定子左水平线圈、上定子左第一检测水平电容板、上定子左下水平线圈、上定子下第一检测水平电容板、上定子下水平线圈、上定子下第二检测水平电容板、上定子右下水平线圈、上定子右第一检测水平电容板、上定子右水平线圈、上定子右第二检测水平电容板、上定子右上垂直支撑柱、上定子上公共水平电容板、上定子左上垂直支撑柱、上定子左公共水平电容板、上定子左下垂直支撑柱、上定子下公共水平电容板、上定子右下垂直支撑柱、上定子右公共水平电容板设置在上定子绝缘层之上。上定子右上水平线圈、上定子上第一检测水平电容板、上定子上水平线圈、上定子上第二检测水平电容板、上定子左上水平线圈、上定子左第二检测水平电容板、上定子左水平线圈、上定子左第一检测水平电容板、上定子左下水平线圈、上定子下第一检测水平电容板、上定子下水平线圈、上定子下第二检测水平电容板、上定子右下水平线圈、上定子右第一检测水平电容板、上定子右水平线圈、上定子右第二检测水平电容板依次布置在以上定子绝缘层中心为圆心的圆周上，且厚度相同。上定子右上垂直支撑柱设置在上定子右上水平线圈的中间，上定子右上垂直支撑柱的厚度大于上定子右上水平线圈的厚度。上定子上公共水平电容板设置在上定子上水平线圈的中间，且厚度相同。上定子左上垂直支撑柱设置在上定子左上水平线圈的中间，且上定子左上垂直支撑柱的厚度大于上定子左上水平线圈的厚度。上定子左公共水平电容板设置在上定子左水平线圈的中间，且厚度相同。上定子左下垂直支撑柱设置在上定子左下水平线圈的中间，且上定子左下垂直支撑柱的厚度大于上定子左下水平线圈的厚度。上定子下公共水平电容板设置在上定子下水平线圈的中间，且厚度相同。上定子右下垂直支撑柱设置上定子右下水平线圈的中间，且上定子右下垂直支撑柱的厚度大于上定子右下水平线圈厚度。上定子右公共水平电容板设置在上定子右水平线圈的中间，且厚度相同。

环形转子为永磁体，N极在环形转子的上表面，S极在环形转子的下表面，其极化方向与圆环的中心轴线平行。

上定子的上定子右第二检测水平电容板、上定子上第一检测水平电容板、上定子上第二检测水平电容板、上定子左第二检测水平电容板、上定子左第一检测水平电容板、上定子下第一检测水平电容板、上定子下第二检测水平电容板、上定子右第一检测水平电容板与下定子的下定子左第二检测水平电容板、下定子上第二检测水平电容板、下定子上第一检测水平电容板、下定子右第二检测水平电容板、下定子右第一检测水平电容板、下定子下第二检测水平电容板、下定子下第一检测水平电容板、下定子左第一检测水平电容板依次相对。

环形转子采用环形结构，通过实时检测环形转子的位置，实时调整多个相应水平线圈中的直流电的大小和方向，产生电磁场，对永磁环形转子产生电磁力，使永磁环形转子轴向悬浮，同时实时调整“门”型直流导线中的直流电的大小和方向，使永磁环形转子径向悬浮。具体如下：上定子左水平线圈、上定子下水平线圈、上定子右水平线圈、上定子上水平线圈及下定子右水平线圈、下定子下水平线圈、下定子左水平线圈、下定子上水平线圈分别施加直流电流，产生轴向悬浮力，利用斥力原理，使环形转子轴向悬浮，右内侧“门”型直流导线、右外侧“门”型直流导线、上内侧“门”型直流导线、上外侧“门”型直流导线、左内侧“门”型直流导线、左外侧“门”型直流导线、下内侧“门”型直流导线、下外侧“门”型直流导线分别通直流电使环形转子径向悬浮并保持稳定。直流电流的大小是根据位置检测的结果实时调整。

本发明永磁悬浮环形转子异步感应微机械陀螺仪，通过上下定子上的空间布置成90度的四组旋转线圈分别通相位相差90度的交流电，产生旋转电磁场，利用异步感应电机的原理，使环形转子高速旋转。具体如下：上定子右上水平线圈、上定子左上水平线圈、上定子左下水平线圈、上定子右下水平线圈通相位依次相差90度交流电，下定子左上水平线圈、下定子右上水平线圈、下定子右下水平线圈、下定子左下水平线圈通相位依次相差90度交流电，上定子右上水平线圈、下定子左上水平线圈交流电相位相同，上定子左上水平线圈、下定子右上水平线圈交流电相位相同，上定子左下水平线圈、下定子右下水平线圈交流电相位相同，上定子右下水平线圈、下定子左下水平线圈交流电相位相同，于是产生旋转电磁场，与环形转子一起构成异步感应电机，带动环形转子高速旋转，同时这种相位通电方式可使上下水平线圈交流电对环形转子的稳定悬浮影响最小。

本发明永磁悬浮环形转子异步感应微机械陀螺仪，利用在相邻的侧向电容板和水平电容板上加载波，将相应剩余电容连载一起，输出检测信号，经分频检测及放大解调后续电路处理就能输出环形转子的位置，根据力矩再平衡原理敏感外界输入角速度。同时，根据环形转子的位置信息，实时调整线圈及“门”型直流导线中的直流电流，使环形转子悬浮稳定。具体如下：在右上第一检测侧向电容板、右上第二检测侧向电容板加载波，左上第二检测侧向电容板、左上第一检测侧向电容板加载波，在左下第二检测侧向电容板、左下第一检测侧向电容板加载波，在右下第一检测侧向电容板、右下第二检测侧向电容板加载波，在下定子上第一检测水平电容板、下定子上第二检测水平电容板加载波，在下定子左第二检测水平电容板、下定子左第一检测水平电容板加载波，在下定子下第一检测水平电容板、下定子下第二检测水平电容板加载波，在下定子右第一检测水平电容板、下定子右第二检测水平电容板加载波，在上定子上第一检测水平电容板、上定子上第二检测水平电容板加载波，在上定子左第二检测水平电容板、上定子左第一检测水平电容板加载波，在上定子下第一检测水平电容板、上定子下第二检测水平电容板加载波，在上定子右第一检测水平电容板、上定子右第二检测水平电容板加载波，本自然段所述的载波频率各不相同，上定子上公共水平电容板、上定子左公共水平电容板、上定子下公共水平电容板、上定子右公共水平电容板、下定子上公共水平电容板、下定子左公共水平电容板、下定子下公共水平电容板、下定子右公共水平电容板及右上第一公共侧向电容板、右上第二公共侧向电容板、左上第二公共侧向电容板、左上第一公共侧向电容板、左下第二公共侧向电容板、左下第一公共侧向电容板、右下第一公共侧向电容板、右下第二公共侧向电容板、右上公共内侧侧向电容板、左上公共内侧侧向电容板、左下公共内侧侧向电容板、右下公共内侧侧向电容板用线连在一起，在外加载波信号的作用下，输出检测信号，经分频检测及放大解调后续电路处理就能输出环形转子的位置，根据力矩再平衡原理敏感外界输入角速度。同时，根据环形转子的位置信息，实时调整上定子左水平线圈、上定子下水平线圈、上定子右水平线圈、上定子上水平线圈、下定子右水平线圈、下定子下水平线圈、下定子左水平线圈、下定子上水平线圈及右内侧“门”型直流导线、右外侧“门”型直流导线、上内侧“门”型直流导线、上外侧“门”型直流导线、左内侧“门”型直流导线、左外侧“门”型直流导线、下内侧“门”型直流导线、下外侧“门”型直流导线中的直流电流，使环形转子悬浮稳定。

本发明永磁悬浮环形转子异步感应微机械陀螺仪，设置垂直支撑柱和侧向止挡柱，即可防止环形转子与侧向电容板、水平电容板、线圈的接触，也可以减小环形转子启动时的摩擦力。

上定子、下定子、环形转子采用常规的微机械加工方法加工，绝缘层氮化硅采用PEVCD淀积得到，水平电容板、水平线圈、采用光刻电镀Cu工艺制作。侧向电容板、垂直支撑柱、侧向止挡柱、“门”型直流线圈采用光刻、电镀Ni工艺制成，环形转子采用光刻电镀稀土永磁钴镍锰磷，最后充磁制作。

本发明提出的主动悬浮永磁环形转子异步感应微机械陀螺陀螺仪，其永磁环形转子采用环形且厚度大，相同转速下转动惯量大，该环形转子通过直流电悬浮稳定，电控简单，异步感应电机能便利地实现环形转子高速转动，特殊的电容设计方便了陀螺信号的提取。本发明厚环形转子结构、特殊设计的侧向稳定机构，侧向刚度可调且大，有效克服了CN03141542.3所述技术中薄的扁平环形转子结构、没有侧向稳定结构、侧向稳定性差的缺点，在作为方位陀螺使用时更有优势。同时由于其采用MEMS技术制作工艺，成本低，在微小卫星、微机器人、虚拟现实等需要惯性技术的场合都可以使用。

附图说明

图1为本发明结构示意图

图2为本发明陀螺下定子立体图

图3为本发明陀螺下定子结构示意图

图4为本发明陀螺上定子立体图

图5为本发明永磁环形转子结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明由上定子1、环形转子2、下定子3构成，连接方式为：下定子上设置右上第一公共侧向电容板6、右上第一检测侧向电容板7、右上第二检测侧向电容板8、右上第二公共侧向电容板9、左上第二公共侧向电容板11、左上第二检测侧向电容板12、左上第一检测侧向电容板13、左上第一公共侧向电容板14、左下第二公共侧向电容板16、左下第二检测侧向电容板17、左下第一检测侧向电容板18、左下第一公共侧向电容板19、右下第一公共侧向电容板21、右下第一检测侧向电容板22、右下第二检测侧向电容板23、右下第二公共侧向电容板24、右上公共内侧侧向电容板27、左上公共内侧侧向电容板29、左下公共内侧侧向电容板31、右下公共内侧侧向电容板33，下定子3通过这些侧向电容板与上定子1连接；这些侧向电容板与上定子1和下定子3一起围成一个环形空腔，环形转子2设置在这个空腔中。

如图2、图3所示，下定子3是由以下部分构成：材料为玻璃的下定子基体4，材料为氮化硅的下定子绝缘层5，材料为Ni的右上第一公共侧向电容板6、右上第一检测侧向电容板7、右上第二检测侧向电容板8、右上第二公共侧向电容板9、左上第二公共侧向电容板11、左上第二检测侧向电容板12、左上第一检测侧向电容板13、左上第一公共侧向电容板14、左下第二公共侧向电容板16、左下第二检测侧向电容板17、左下第一检测侧向电容板18、左下第一公共侧向电容板19、右下第一公共侧向电容板21、右下第一检测侧向电容板22、右下第二检测侧向电容板23、右下第二公共侧向电容板24、右上公共内侧侧向电容板27、左上公共内侧侧向电容板29、左下公共内侧侧向电容板31、右下公共内侧侧向电容板33，材料为Cu的下定子右公共水平电容板42、下定子上公共水平电容板44、下定子左公共水平电容板46、下定子下公共水平电容板48、下定子右第一检测水平电容板82、下定子右第二检测水平电容板83、下定子上第一检测水平电容板84、下定子上第二检测水平电容板85、下定子左第二检测水平电容板86、下定子左第一检测水平电容板87、下定子下第一检测水平电容板88、下定子下第二检测水平电容板89，材料为Ni的下定子右上垂直支撑柱43、下定子左上垂直支撑柱45、下定子左下垂直支撑柱47、下定子右下垂直支撑柱49，材料为Ni的右外侧“门”型直流导线25、右内侧“门”型直流导线26、上外侧“门”型直流导线10、上内侧“门”型直流导线28、左外侧“门”型直流导线15、左内侧“门”型直流导线30、下外侧“门”型直流导线20、下内侧“门”型直流导线32，材料为Cu的下定子右水平线圈34、下定子右上水平线圈35、下定子上水平线圈36、下定子左上水平线圈37、下定子左水平线圈38、下定子左下水平线圈39、下定子下水平线圈40、下定子右下水平线圈41，材料为Ni的下定子右上侧向止挡柱50、下定子左上侧向止挡柱51、下定子左下侧向止挡柱52、下定子右下侧向止挡柱53。连接关系为：下定子绝缘层5置于下定子基体4之上。右上第一公共侧向电容板6、右上第一检测侧向电容板7、右上第二检测侧向电容板8、右上第二公共侧向电容板9、左上第二公共侧向电容板11、左上第二检测侧向电容板12、左上第一检测侧向电容板13、左上第一公共侧向电容板14、左下第二公共侧向电容板16、左下第二检测侧向电容板17、左下第一检测侧向电容板18、左下第一公共侧向电容板19、右下第一公共侧向电容板21、右下第一检测侧向电容板22、右下第二检测侧向电容板23、右下第二公共侧向电容板24、右上公共内侧侧向电容板27、左上公共内侧侧向电容板29、左下公共内侧侧向电容板31、右下公共内侧侧向电容板33置于下定子绝缘层5之上，下定子右公共水平电容板42、下定子上公共水平电容板44、下定子左公共水平电容板46、下定子下公共水平电容板48、下定子右第一检测水平电容板82置于下定子绝缘层5之上，下定子右上垂直支撑柱43、下定子左上垂直支撑柱45、下定子左下垂直支撑柱47、下定子右下垂直支撑柱49置于下定子绝缘层5之上，右外侧“门”型直流导线25、右内侧“门”型直流导线26、上外侧“门”型直流导线10、上内侧“门”型直流导线28、左外侧“门”型直流导线15、左内侧“门”型直流导线30、下外侧“门”型直流导线20、下内侧“门”型直流导线32置于下定子绝缘层5之上，下定子右水平线圈34、下定子右上水平线圈35、下定子上水平线圈36、下定子左上水平线圈37、下定子左水平线圈38、下定子左下水平线圈39、下定子下水平线圈40、下定子右下水平线圈41置于下定子绝缘层5之上。下定子右上侧向止挡柱50、下定子左上侧向止挡柱51、下定子左下侧向止挡柱52、下定子右下侧向止挡柱53置于下定子绝缘层5之上。右内侧“门”型直流导线26、右上公共内侧侧向电容板27、上内侧“门”型直流导线28、左上公共内侧侧向电容板29、左内侧“门”型直流导线30、左下公共内侧侧向电容板31、下内侧“门”型直流导线32、右下公共内侧侧向电容板33依次布置在以下定子绝缘层5中心为圆心的圆的圆周上。下定子右水平线圈34、下定子右第二检测水平电容板83、下定子右上水平线圈35、下定子上第一检测水平电容板84、下定子上水平线圈36、下定子上第二检测水平电容板85、下定子左上水平线圈37、下定子左第二检测水平电容板86、下定子左水平线圈38、下定子左第一检测水平电容板87、下定子左下水平线圈39、下定子下第一检测水平电容板88、下定子下水平线圈40、下定子下第二检测水平电容板89、下定子右下水平线圈41、下定子右第一检测水平电容板82依次布置在以下定子绝缘层5中心为圆心的圆周上，这些结构的厚度相同，且位于右内侧“门”型直流导线26、右上公共内侧侧向电容板27、上内侧“门”型直流导线28、左上公共内侧侧向电容板29、左内侧“门”型直流导线30、左下公共内侧侧向电容板31、下内侧“门”型直流导线32、右下公共内侧侧向电容板33的外侧。右上第一公共侧向电容板6、右上第一检测侧向电容板7、右上第二检测侧向电容板8、右上第二公共侧向电容板9，上外侧“门”型直流导线10，左上第二公共侧向电容板11、左上第二检测侧向电容板12、左上第一检测侧向电容板13、左上第一公共侧向电容板14，左外侧“门”型直流导线15，左下第二公共侧向电容板16、左下第二检测侧向电容板17、左下第一检测侧向电容板18、左下第一公共侧向电容板19，下外侧“门”型直流导线20，右下第一公共侧向电容板21、右下第一检测侧向电容板22、右下第二检测侧向电容板23、右下第二公共侧向电容板24，右外侧“门”型直流导线25依次布置在以下定子绝缘层5中心为圆心的圆周上，且位于下定子右水平线圈34、下定子右第二检测水平电容板83、下定子右上水平线圈35、下定子上第一检测水平电容板84、下定子上水平线圈36、下定子上第二检测水平电容板85、下定子左上水平线圈37、下定子左第二检测水平电容板86、下定子左水平线圈38、下定子左第一检测水平电容板87、下定子左下水平线圈39、下定子下第一检测水平电容板88、下定子下水平线圈40、下定子下第二检测水平电容板89、下定子右下水平线圈41、下定子右第一检测水平电容板82的外侧。下定子右公共水平电容板42设置在下定子右水平线圈34的中间，且两者厚度相同。下定子右上垂直支撑柱43设置在下定子右上水平线圈35的中间，下定子右上垂直支撑柱43的厚度大于下定子右上水平线圈35的厚度。下定子上公共水平电容板44设置在下定子上水平线圈36的中间，且厚度相同。下定子左上垂直支撑柱45设置在下定子左上水平线圈37的中间，下定子左上垂直支撑柱45的厚度大于下定子左上水平线圈37的厚度。下定子左公共水平电容板46设置在下定子左水平线圈38的中间，且厚度相同。下定子左下垂直支撑柱47设置在下定子左下水平线圈39的中间，下定子左下垂直支撑柱47的厚度大于下定子左下水平线圈39的厚度。下定子下公共水平电容板48设置在下定子下水平线圈40的中间，且厚度相同。下定子右下垂直支撑柱49设置在下定子右下水平线圈41的中间，下定子右下垂直支撑柱49的厚度大于下定子右下水平线圈41的厚度。

如图4所示，上定子1由以下部分构成：材料为玻璃的上定子基体54、材料为氮化硅的上定子绝缘层55、材料为Cu的上定子右上水平线圈56、材料为Cu的上定子上第一检测水平电容板58、材料为Cu的上定子上水平线圈59、材料为Cu的上定子上第二检测水平电容板61、材料为Cu的上定子左上水平线圈62、材料为Cu的上定子左第二检测水平电容板64、材料为Cu的上定子左水平线圈65、材料为Cu的上定子左第一检测水平电容板67、材料为Cu的上定子左下水平线圈68、材料为Cu的上定子下第一检测水平电容板70、材料为Cu的上定子下水平线圈71、材料为Cu的上定子下第二检测水平电容板73、材料为Cu的上定子右下水平线圈74、材料为Cu的上定子右第一检测水平电容板76、材料为Cu的上定子右水平线圈77、材料为Cu的上定子右第二检测水平电容板79、材料为Ni的上定子右上垂直支撑柱57、材料为Cu的上定子上公共水平电容板60、材料为Ni的上定子左上垂直支撑柱63、材料为Cu的上定子左公共水平电容板66、材料为Ni的上定子左下垂直支撑柱69、材料为Cu的上定子下公共水平电容板72、材料为Ni的上定子右下垂直支撑柱75、材料为Cu的上定子右公共水平电容板78。连接关系为：上定子绝缘层55设置在上定子基体54之上，上定子右上水平线圈56、上定子上第一检测水平电容板58、上定子上水平线圈59、上定子上第二检测水平电容板61、上定子左上水平线圈62、上定子左第二检测水平电容板64、上定子左水平线圈65、上定子左第一检测水平电容板67、上定子左下水平线圈68、上定子下第一检测水平电容板70、上定子下水平线圈71、上定子下第二检测水平电容板73、上定子右下水平线圈74、上定子右第一检测水平电容板76、上定子右水平线圈77、上定子右第二检测水平电容板79、上定子右上垂直支撑柱57、上定子上公共水平电容板60、上定子左上垂直支撑柱63、上定子左公共水平电容板66、上定子左下垂直支撑柱69、上定子下公共水平电容板72、上定子右下垂直支撑柱75、上定子右公共水平电容板78设置在上定子绝缘层55之上。上定子右上水平线圈56、上定子上第一检测水平电容板58、上定子上水平线圈59、上定子上第二检测水平电容板61、上定子左上水平线圈62、上定子左第二检测水平电容板64、上定子左水平线圈65、上定子左第一检测水平电容板67、上定子左下水平线圈68、上定子下第一检测水平电容板70、上定子下水平线圈71、上定子下第二检测水平电容板73、上定子右下水平线圈74、上定子右第一检测水平电容板76、上定子右水平线圈77、上定子右第二检测水平电容板79依次布置在以上定子绝缘层55中心为圆心的圆周上，且厚度相同。上定子右上垂直支撑柱57设置在上定子右上水平线圈56的中间，上定子右上垂直支撑柱57的厚度大于上定子右上水平线圈56的厚度。上定子上公共水平电容板60设置在上定子上水平线圈59的中间，且厚度相同。上定子左上垂直支撑柱63设置在上定子左上水平线圈62的中间，且上定子左上垂直支撑柱63的厚度大于上定子左上水平线圈62的厚度。上定子左公共水平电容板66设置在上定子左水平线圈65的中间，且厚度相同。上定子左下垂直支撑柱69设置在上定子左下水平线圈68的中间，且上定子左下垂直支撑柱69的厚度大于上定子左下水平线圈68的厚度。上定子下公共水平电容板72设置在上定子下水平线圈71的中间，且厚度相同。上定子右下垂直支撑柱75设置上定子右下水平线圈74的中间，且上定子右下垂直支撑柱75的厚度大于上定子右下水平线圈厚度74。上定子右公共水平电容板78设置在上定子右水平线圈77的中间，且厚度相同。

如图5所示，环形转子2为永磁体，N极80在环形转子2的上表面，S极81在环形转子的下表面，其极化方向与圆环的中心轴线平行。

在陀螺的装配过程中，应注意保证上定子1的上定子右第二检测水平电容板79、上定子上第一检测水平电容板58、上定子上第二检测水平电容板61、上定子左第二检测水平电容板64、上定子左第一检测水平电容板67、上定子下第一检测水平电容板70、上定子下第二检测水平电容板73、上定子右第一检测水平电容板76与下定子3的下定子左第二检测水平电容板86、下定子上第二检测水平电容板85、下定子上第一检测水平电容板84、下定子右第二检测水平电容板83、下定子右第一检测水平电容板82、下定子下第二检测水平电容板89、下定子下第一检测水平电容板88、下定子左第一检测水平电容板87依次相对。

陀螺工作时，环形转子2先停在下定子3的下定子右上垂直支撑柱43、下定子左上垂直支撑柱45、下定子左下垂直支撑柱47、下定子右下垂直支撑柱49上，垂直支撑柱作用一方面避免环形转子2与线圈和电容的电气导通，一方面可以减少环形转子2启动时的摩擦力。

上定子左水平线圈65、上定子下水平线圈71、上定子右水平线圈77、上定子上水平线圈59及下定子右水平线圈34、下定子下水平线圈40、下定子左水平线圈38、下定子上水平线圈36分别施加直流电流，产生轴向悬浮力，利用斥力原理，使环形转子2轴向悬浮，右内侧“门”型直流导线26、右外侧“门”型直流导线25、上内侧“门”型直流导线28、上外侧“门”型直流导线10、左内侧“门”型直流导线30、左外侧“门”型直流导线15、下内侧“门”型直流导线32、下外侧“门”型直流导线20分别通直流电使环形转子2径向悬浮并保持稳定。需要指出的是直流电流的大小是根据位置检测的结果实时调整。

上定子右上水平线圈56、上定子左上水平线圈62、上定子左下水平线圈68、上定子右下水平线圈74通相位依次相差90度交流电，下定子左上水平线圈37、下定子右上水平线圈35、下定子右下水平线圈41、下定子左下水平线圈39通相位依次相差90度交流电，上定子右上水平线圈56、下定子左上水平线圈37交流电相位相同，上定子左上水平线圈62、下定子右上水平线圈35交流电相位相同，上定子左下水平线圈68、下定子右下水平线圈41交流电相位相同，上定子右下水平线圈74、下定子左下水平线圈39交流电相位相同，于是产生旋转电磁场，与环形转子2一起构成异步感应电机，带动环形转子2高速旋转，同时这种相位通电方式可使上下水平线圈交流电对环形转子的稳定悬浮影响最小。

在右上第一检测侧向电容板7、右上第二检测侧向电容板8加载波，左上第二检测侧向电容板12、左上第一检测侧向电容板13加载波，在左下第二检测侧向电容板17、左下第一检测侧向电容板18加载波，在右下第一检测侧向电容板22、右下第二检测侧向电容板23加载波，在下定子上第一检测水平电容板84、下定子上第二检测水平电容板85加载波，在下定子左第二检测水平电容板86、下定子左第一检测水平电容板87加载波，在下定子下第一检测水平电容板88、下定子下第二检测水平电容板89加载波，在下定子右第一检测水平电容板82、下定子右第二检测水平电容板83加载波，在上定子上第一检测水平电容板58、上定子上第二检测水平电容板61加载波，在上定子左第二检测水平电容板64、上定子左第一检测水平电容板67加载波，在上定子下第一检测水平电容板70、上定子下第二检测水平电容板73加载波，在上定子右第一检测水平电容板76、上定子右第二检测水平电容板79加载波，本自然段所述的载波频率各不相同，上定子上公共水平电容板60、上定子左公共水平电容板66、上定子下公共水平电容板72、上定子右公共水平电容板78、下定子上公共水平电容板44、下定子左公共水平电容板46、下定子下公共水平电容板48、下定子右公共水平电容板42及右上第一公共侧向电容板6、右上第二公共侧向电容板9、左上第二公共侧向电容板11、左上第一公共侧向电容板14、左下第二公共侧向电容板16、左下第一公共侧向电容板19、右下第一公共侧向电容板21、右下第二公共侧向电容板24、右上公共内侧侧向电容板27、左上公共内侧侧向电容板29、左下公共内侧侧向电容板31、右下公共内侧侧向电容板33用线连在一起，在外加载波信号的作用下，输出检测信号，经分频检测及放大解调后续电路处理就能输出环形转子的位置，根据力矩再平衡原理敏感外界输入角速度。同时，根据环形转子的位置信息，实时调整上定子左水平线圈65、上定子下水平线圈71、上定子右水平线圈77、上定子上水平线圈59、下定子右水平线圈34、下定子下水平线圈40、下定子左水平线圈38、下定子上水平线圈36及右内侧“门”型直流导线26、右外侧“门”型直流导线25、上内侧“门”型直流导线28、上外侧“门”型直流导线10、左内侧“门”型直流导线30、左外侧“门”型直流导线15、下内侧“门”型直流导线32、下外侧“门”型直流导线20中的直流电流，使环形转子悬浮稳定。

上定子1、下定子3、环形转子2采用常规的微机械加工方法加工，绝缘层氮化硅采用PEVCD制作，水平电容板、线圈采用光刻、电镀Cu工艺制作。侧向电容板、垂直支撑柱、侧向支撑柱、“门”型直流线圈采用光刻、电镀Ni相应工艺制成，环形转子2采用光刻电镀稀土永磁钴镍锰磷，最后充磁制作。