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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Sensoren und insbesondere einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit einem Gehäuse, in dem ein Winkelgeschwindigkeitserfassungselement mit einem Schwingungskörper angeordnet ist.
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Die
JP 2001-126462 A offenbart eine Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung, die ein Gehäuse mit einer Struktur aufweist, in der ein Winkelgeschwindigkeitserfassungselement mit einem darauf gebildeten Schwingungskörper angeordnet ist. Der Schwingungskörper solch einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung wird derart angesteuert, dass er schwingt, so dass eine Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage einer durch die Coriolis-Kraft bedingten Verschiebung des Schwingungskörpers erfasst werden kann.
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Wenn solch eine Sensorvorrichtung an einen Kraftfahrzeug befestigt ist, wird ferner die Sensorgenauigkeit nachteilig beeinflusst, wenn externe Schwingungen, wie beispielsweise Schwingungen des Fahrzeugs, von dem Gehäuse auf das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement übertragen werden.
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Zum Schutz vor solchen externen Schwingungen werden gewöhnlich Gummi- und Gel-Materialien verwendet, um die Struktur in dem Gehäuse zu stützen und die Schwingungen effektiv zu dämpfen.
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Da sich der Zustand der Gummi- und Gel-Materialien jedoch im Laufe der Zeit verschlechtert, kann es passieren, dass die Ausgangscharakteristik des Winkelgeschwindigkeitserfassungselements nachteilig beeinflusst wird.
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Aus der
US 5,266,988 A und der
US 5,825,560 A sind berührungslose Halterungen für Sensoren im Bereich der optischen Bildstabilisierung bei CCD-Kameras bekannt. Hierbei sind innerhalb der Kamera eine oder mehrere Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtungen fest installiert und ist der CCD-Sensor magnetisch schwebend gelagert. Die Position des Sensors wird dabei über die Steuersignale der Winkelgeschwindigkeitssensoren bestimmt. Aus der
US 5,701,113 A sind durch Magnete innerhalb eines Gehäuses berührungsfrei schwebende Strukturen bekannt. In der
EP 0 819 337 B1 und in der
EP 1 596 203 A1 werden magnetisch berührungsfrei schwebende Winkelgeschwindigkeitssensoren beschrieben. Weitere Magnetschwebesysteme sind aus der
US 6,664,880 B2 und der
US 6,629,503 B2 bekannt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung bereitzustellen, bei der ein autarker Winkelgeschwindigkeitssensor vor externen Störeinflüssen, wie beispielsweise Stößen, geschützt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem eine Struktur mit einem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement und einem darauf befestigten Schwingungskörper angeordnet ist, ohne das Gummi- und Gel-Schwingungsdämpfungsmaterialien benötig werden. Solch eine Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung weist ferner Magnete auf, die derart zwischen der Struktur und dem Gehäuse in der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung angeordnet sind, dass die Struktur in einem schwebenden Zustand bezüglich des Gehäuses innerhalb des Gehäuses gehalten wird. Folglich ist die Struktur mit dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement in dem Gehäuse angeordnet, ohne das Gehäuse zu berühren. Folglich ist das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement vor externen Schwingungen isoliert, ohne dass Gummi- und Gel-Schwingungsdämpfungsmaterialien benötigt werden.
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Genauer gesagt, ein Paar an Permanentmagneten gleicher Polarität ist jeweils gegenüberliegend an der Struktur und dem Gehäuse befestigt (d. h. ein Magnet ist an der Struktur und ein Magnet an dem Gehäuse befestigt), um eine resultierende Magnetkraft zwischen den Magneten zu erzeugen.
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Ferner kann ein Elektromagneten zwischen dem Gehäuse und der Struktur vorgesehen und der Struktur gegenüberliegend an dem Gehäuse befestigt sein. Der Elektromagnet kann eine Magnetkraft erzeugen, um das Gehäuse an die Struktur zu ziehen, und bewirken, dass die Struktur in einem schwebenden Zustand bezüglich des Gehäuses gehalten wird, bedingt durch den Ausgleich bzw. die Balance der magnetischen Abstoßungskraft der Magneten gleicher Polarität und der Anziehungskraft des Elektromagneten.
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Ferner kann ein Generator zur Erzeugung statischer Elektrizität zwischen dem Gehäuse und der Struktur vorgesehen sein, um statische Elektrizität zu erzeugen, die bewirkt, dass die Struktur an das Gehäuse gezogen wird. Die Struktur wird in einem schwebenden Zustand bezüglich des Gehäuses gehalten, indem wie bei dem vorstehend beschriebenen Elektromagneten eine Balance zwischen der Magnetkraft der Magneten gleicher Polarität und der von dem Generator zur Erzeugung statischer Elektrizität erzeugten Gravitation der statischen Elektrizität gehalten wird.
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Was die Magnete gleicher Polaritäten betrifft, so wirkt die magnetische Abstoßung in eine Mehrzahl von Richtungen der Struktur, wie beispielsweise von der Oberseite und der Unterseite in einer Gravitationsrichtung, wie beispielsweise in eine z-Achsen-Richtung, und auf gegenüberliegenden Seiten in einer horizontalen Richtung, wie beispielsweise in einer x-Achsenrichtung. Wie vorstehend beschrieben wirkt die Anziehungskraft des Magneten derart von oben und von unten und von rechts und von links auf die Struktur, dass die Struktur stabil in einem schwebenden Zustand gehalten werden kann.
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Ferner ist gemäß der obigen Ausführungsform ein berührungsloser Sender für eine elektrische Verbindung der Struktur mit dem Gehäuse der Vorrichtung zwischen der Struktur und dem Gehäuse der Vorrichtung vorgesehen. Der berührungslose Sender überträgt ein Signal zwischen der Struktur und dem Gehäuse der Vorrichtung optisch oder elektrisch bzw. mit Hilfe einer elektromagnetischen Welle. Der berührungslose Sender überträgt elektrische Signale in geeigneter Weise von der Struktur zu externen Komponenten.
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Der berührungslose Sender kann ein Lichtsendeelement und ein Lichtempfangselement zum Empfangen von Licht von dem Lichtsendeelement aufweisen. Das Lichtsendeelement oder das Lichtempfangselement ist an der Struktur und das andere der beiden Elemente gegenüberliegende an dem Gehäuse der Vorrichtung befestigt. Folglich kann das Signal des Winkelgeschwindigkeitserfassungselements optische zwischen dem Lichtsendeelement und dem Lichtempfangselement nach Außerhalb übertragen werden.
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Ferner weist die Struktur gemäß der obigen Ausführungsform eine Solarzelle zum Wandeln von Licht in Elektrizität auf. Obgleich das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement in einem schwebenden Zustand von dem Gehäuse der Vorrichtung getrennt gehalten wird, wird durch die Solarzelle in einem berührungslosen Zustand eine Energieversorgung realisiert. Ferner kann das Gehäuse der Vorrichtung mit einer Zelle versehen sein, über die Licht ausgesendet und auf die Solarzelle geführt werden kann. Wenn ein Abschnitt des Gehäuses aus einem lichtdurchlässigen Material besteht, kann Licht von Außerhalb über den lichtdurchlässigen Abschnitt auf die Solarzelle geführt werden.
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Diese und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und der Zeichnung, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung sind gleiche Abschnitt oder entsprechende Abschnitte zur Vermeidung von Redundanz mit gleichen Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung;
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2 eine schematische Draufsicht auf ein Gehäuse in der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung der 1;
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3 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung;
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4 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung;
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5 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zunächst werden drei Beispiele einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreich sind, unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben. Anschließend wird der Kern der vorliegenden Erfindung anhand von drei Ausführungsformen einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 dargelegt.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S1 eines Schwingungstyps gemäß einem ersten Beispiel. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Gehäuse 200 in der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S1 der 1. Eine in der 1 gezeigte flexible Leiterplatte 300 ist in der 2 nicht gezeigt.
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Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S1 ist an einem Kraftfahrzeug befestigt und kann zur Erfassung einer auf das Kraftfahrzeug aufgebrachten Winkelgeschwindigkeit verwendet werden.
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Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S1 weist, wie in 1 gezeigt, ein Gehäuse 200 und eine in dem Gehäuse 200 angeordnete Struktur 100 mit einem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 und einem darauf befestigten Schwingungskörper 21 auf.
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Die Struktur 100 ist als Kreiseleinheit ausgebildet. Eine Platine 30 und das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 sind über ein Klebemittel (nicht gezeigt) an einem Gehäuse 10 der Struktur befestigt. Eine elektrische Verbindung jedes Teils wird durch einen Bonddraht wie beispielsweise den Bonddraht 40 realisiert.
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Das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 und die Platine 30 sind an dem Gehäuse 10 befestigt. Das Gehäuse 10 ist ein Basisteil der Struktur 100 und aus einem mehrschichtigen Substrat, einschließlich einer Mehrzahl geschichteter Keramikschichten, wie beispielsweise Aluminiumoxidschichten, aufgebaut. In dem Gehäuse 10 ist eine Verdrahtung (nicht gezeigt) in der Oberfläche jeder Keramikschicht gebildeten Vertiefungen gebildet.
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Ferner ist eine Abdeckung 11 aus beispielsweise Metall, Harz oder Keramik durch Schweißen oder Löten an einer Öffnung des Gehäuses 10 befestigt. Die Innenseite des Gehäuses 10 ist folglich versiegelt. Die Platine 30 ist an einem Boden des Gehäuses 10 und das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 über ein Klebemittel an der Platine 30 befestigt.
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Das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 dient zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit und ist als Halbleiterchip mit einem darauf gebildeten Schwingungskörper 21 bekannter Bauart ausgebildet. Das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 ist mit Hilfe eines herkömmlichen Mikromaschinen- oder Halbleiterprozesses aus einem Halbleitersubstrat wie beispielsweise einem SOI-Substrat (Silizium-auf-Isolator-Substrat) gebildet.
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Der Schwingungskörper 21 des Winkelgeschwindigkeitserfassungselements 20 ist als kammförmige Balkenstruktur ausgebildet. Er wird von einem elastischen Balken getragen und ist im Ansprechen auf eine aufgebrachte Winkelgeschwindigkeit bewegbar.
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Wenn der Schwingungskörper 21 angesteuert wird, schwingt er in x-Achsen-Richtung, so dass er sich dann, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um eine z-Achse herum aufgebracht wird, durch die Coriolis-Kraft bedingt in y-Achsen-Richtung bewegt, die senkrecht zur x-Achsen-Richtung verläuft. Hierdurch kann die Winkelgeschwindigkeit erfasst werden.
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Das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 weist eine Erfassungselektrode (nicht gezeigt) auf. Die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit wird durch die Erfassung einer Kapazitätsänderung zwischen der Erfassungselektrode und einer beweglichen Elektrode auf dem Schwingungskörper ermöglich, wenn der Schwingungskörper 21 schwingt.
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Ferner sendet die Platine 30 ein Signal zur Ansteuerung des Schwingungskörpers 21, um zu bewirken, dass das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 die Schwingung des Schwingungskörpers erfassen kann. Die Platine 30 weist einen Signalverarbeitungschip (nicht gezeigt) auf, der elektrische Signale von dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 verarbeitet und die verarbeiteten Signale nach Außerhalb gibt.
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Die Platine 30 weist ICs wie beispielsweise einen mit Hilfe eines herkömmlichen Halbleiterprozesses auf dem Siliziumsubstrat gebildeten MOS- oder Bipolartransistor auf.
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Der Bonddraht 40 ist aus Aluminium oder Gold gebildet und sieht, wie in 1 gezeigt, eine elektrische Verbindung zwischen dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 und der Platine 30 und zwischen der Platine 30 und dem Gehäuse 10 vor. Die Bonddraht 40 sieht eine elektrische Verbindung zwischen dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20, der Platine 30 und dem Gehäuse 10 vor.
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Die Struktur 100 ist, wie in 1 gezeigt, in dem aus beispielsweise Keramik oder Harz gebildeten Gehäuse 200 angeordnet bzw. untergebracht. Das Gehäuse 200 ist an einer geeigneten Position eines Kraftfahrzeugs angebracht, um die Winkelgeschwindigkeit zu messen. Das Gehäuse weist einen Hauptabschnitt 210 und einen Abdeckabschnitt 220 auf. Die Struktur 100 ist in dem Hauptabschnitt 210 angeordnet, und der Abdeckabschnitt 220 bedeckt einen Öffnungsabschnitt des Hauptabschnitts 210.
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Ferner ist das elektrisch mit dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 verbundene Gehäuse 10 ebenso elektrisch mit einer flexiblen Leiterplatte 300 verbunden. Die flexible Leiterplatte 300 ist aus einem Basismaterial wie beispielsweise Polyimidharz gebildet und weist ein bekanntes Kupferverdrahtungsmuster auf.
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Die flexible Leiterplatte 300 ist durch Lot mit der Verdrahtung der Struktur 100 verbunden. Die flexible Leiterplatte 300 ist derart durch ein Loch des Gehäuses 200 und einen Spalt zwischen dem Abdeckabschnitt 220 und dem Hauptabschnitt 210 des Gehäuses 200 geführt, dass sie eine elektrische Verbindung nach Außerhalb vorsieht.
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Hierdurch kann das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 elektrisch nach Außerhalb verbunden werden. Genauer gesagt, es werden elektrische Signale von dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 zur Platine 30 übertragen und durch auf der Platine 30 gebildete C-V-Wandler in Spannungssignale gewandelt. Das Spannungssignal wird als Winkelgeschwindigkeitssignal über die flexible Leiterplatte 300 nach Außerhalb übertragen.
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Die Struktur 100 ist durch die magnetische Abstoßung zwischen der Struktur 100 und dem Gehäuse 100 bedingt in einem schwebenden Zustand in dem Gehäuse 200 angeordnet. Zwei Paare an Permanentmagneten 400, 410 gleicher Polarität sind jeweils, wie in den 1 und 2 gezeigt, über ein Klebemittel gegenüberliegend in x-Achsen-Richtung an der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 befestigt.
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Die an der Struktur 100 befestigten Permanentmagneten 400 und die an dem Gehäuse 200 befestigten Permanentmagneten 410 weisen die gleiche magnetische Polarität wie beispielsweise die Polarität des Minus- oder des Pluspols auf, so dass magnetische Abstoßungskräfte zwischen der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 erzeugt werden.
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Zwei Paare an Permanentmagneten 400, 410 gleicher Polarität sind ebenso gegenüberliegend in Gravitations- bzw. z-Achsen-Richtung an der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 befestigt, während zwei weitere Paare an Permanentmagneten 400, 410 gleicher Polarität ebenso gegenüberliegend in einer y-Achsen-Richtung an der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 befestigt sind (2) Alternativ kann nur ein Paar an Permanentmagneten 400, 410 gegenüberliegend in jeder Richtung der x-, y- und z-Achse verwendet werden. In solch einem Fall schwebt die Struktur 100 durch die Balance der Kräfte zwischen der magnetischen Abstoßung und der Gravitation in dem Gehäuse 200. Wenn die Permanentmagneten 400, 410, wie in den 1 und 2 gezeigt, gemäß obiger Beschreibung an der Struktur 100 befestigt sind, kann der schwebende Zustand der Struktur 100 stabilisiert werden. Folglich wird eine zusätzliche Bewegung der Struktur 100 in dem Raum des Gehäuses 200 minimiert.
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Die Anzahl der Paare an Permanentmagneten ist nicht auf die in den 1 und 2 gezeigte Anzahl beschränkt. Es können beispielsweise Permanentmagnete gleicher Polarität derart entlang der gesamten Außenseite der Struktur 100 und entlang der gesamten Innenseite des Gehäuses 200 befestigt sein, dass die magnetische Abstoßung auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugt wird.
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Gemäß obiger Beschreibung ist die Struktur 100 mit dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 aufgrund der magnetischen Abstoßung zwischen dem Gehäuse 200 und der Struktur 100 in einem berührungslosen bzw. schwebenden Zustand in dem Gehäuse angeordnet.
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Folglich ist das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 vor externen Schwingungen isoliert, die ohne eine Verwendung von Gummi- und Gel-Materialien über das Gehäuse 200 auf die Struktur 100 aufgebracht werden würden.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S2 gemäß einem zweiten Beispiel. Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S2 ist, wie in 3 gezeigt, ähnlich der Vorrichtung S1 aufgebaut, weist jedoch zusätzlich einen Elektromagneten 500 und einen Magnetkörper 510 auf. Der Elektromagnet 500 und der Magnetkörper 510 können bekannter Bauart sein.
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Der Elektromagnet 500 ist über ein Klebemittel an der Innenseite des Gehäuses 200 befestigt und wird durch eine Stromversorgung über eine Verdrahtung (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 200 eingeschaltet, um eine magnetische Anziehungskraft zu erzeugen. Der Magnetkörper 510 ist über ein Klebemittel an der Außenseite der Struktur 100 befestigt. Während des Betriebs des Elektromagneten 500 werden der Magnetkörper 510 und der Elektromagnet 500 durch die erzeugte magnetische Anziehungskraft zueinander gezogen.
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Der Elektromagnet 500 ist an einer der Struktur 100 gegenüberliegenden Position in dem Gehäuse 200 angeordnet und erzeugt eine magnetische Anziehungskraft bezüglich der Struktur 100. Folglich kann die schwebende Struktur 100 die Balance bzw. das Gleichgewicht zwischen der magnetischen Abstoßung der Permanentmagneten 400, 410 und der magnetischen Anziehungskraft des Elektromagneten 500 halten.
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Die Balance zwischen der magnetischen Abstoßung und der magnetischen Anziehungskraft ist basierend auf der dem Elektromagneten 500 zugeführten Energiemenge anpassbar. Die Anpassung kann anfangs vor einer Verwendung der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S2 oder während der Betätigung der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S2 vollendet werden.
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Wenn die Stromanpassung des Elektromagneten 500 während der Betätigung der Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S2 vollendet wird, erfasst ein Beschleunigungssensor (nicht gezeigt) in dem Gehäuse 10 innerhalb der Struktur 100 einen Winkel der Struktur 100. Ein Erfassungssignal mit der Schrägheit bzw. Winkelstellung wird über die flexible Leiterplatte 300 an eine externe Anpassschaltung übertragen. Die Anpassschaltung passt die dem Elektromagneten 500 zugeführten Energiemenge in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal an.
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Ferner ist die Anzahl an Paaren des Elektromagneten 500 und des Magnetkörpers 510 und deren Befestigungspositionen nicht auf das in der 3 gezeigte Beispiel beschränkt.
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4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S3 eines Schwingungstyps gemäß einem dritten Beispiel.
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Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S3 ist, wie in 4 gezeigt, ähnlich der Vorrichtung S1 aufgebaut, weist jedoch zusätzlich einen Generator zur Erzeugung statischer Elektrizität auf, um eine elektrostatischen Kraft zu erzeugen, die bewirkt, dass die Struktur an das Gehäuse 200 gezogen wird.
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Der Generator 600 zur Erzeugung statischer Elektrizität weist eine Strukturseitenelektrode 610 und eine Gehäuseseitenelektrode 620 auf. Die Strukturseitenelektrode 610 ist an der Außenseite der Struktur 100 und die Gehäuseseitenelektrode 620 der Strukturseitenelektrode 610 gegenüberliegend an der Innenseite des Gehäuses 200 befestigt.
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Ein elektrisches Feld wird derart über eine an dem Gehäuse 200 befestigte Verdrahtung (nicht gezeigt) an der Gehäuseseitenelektrode 620 erzeugt, dass die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Elektroden 610, 620 erzeugt wird. Insbesondere wird eine Elektrode aus dem Paar an Elektroden 610, 620 auf Masse gelegt und die andere der beiden Elektroden mit einem Minus- oder Pluspol verbunden, um dadurch die elektrostatische Anziehungskraft zu erzeugen.
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Ferner ist es wünschenswert, dass der Anstand zwischen dem Paar an Elektroden 610, 620 derart geringer als der zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagneten 400, 410 ist, dass die elektrostatische Anziehungskraft angemessen erzeugt wird.
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Die magnetische Abstoßung der Permanentmagneten 400, 410 und die elektrostatische Anziehungskraft des Generators 600 zur Erzeugung statischer Elektrizität kann die Balance der schwebenden Struktur 100 aufrechterhalten. Ferner kann die Anpassung der Balance, gleich der Anpassung des Elektromagneten 500, vor oder während der Betätigung vorgenommen werden.
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Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl an Generatoren 600 zur Erzeugung statischer Elektrizität und deren Befestigungspositionen nicht auf das in der 4 gezeigte Beispiel beschränkt ist.
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In jedem der vorstehend beschriebenen Beispiele wird das Signal mit der erfassten Winkelgeschwindigkeit über die mit der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 verbundene flexible Leiterplatte 300 nach Außerhalb übertragen. Die schwebende Struktur 100 empfängt keine kleinen externen Schwingungen, so dass die Messempfindlichkeit verbessert werden kann. Die Vorrichtung kann auf einfache Weise elektrisch über die flexible Leiterplatte 300 verbunden und die externen Schwingungen auf einfache Weise unterdrückt werden.
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Die nachstehend beschriebene erste bis dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf die vorstehend beschriebenen Beispiele einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung angewandt werden. Das Signal mit der erfassten Winkelgeschwindigkeit wird dabei jedoch nicht über die flexible Leiterplatte 300 übertragen, die nicht Teil der Erfindung ist, sondern über ein berührungsloses Verdrahtungsmittel 700 zwischen der Struktur 100 und dem Gehäuse 200.
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5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S4 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S4 weist, wie in 5 gezeigt, eine berührungslose Verdrahtungsvorrichtung 700 zwischen der Struktur 100 und dem Gehäuse 200 auf, um die Erfassungssignale des Winkelgeschwindigkeitserfassungselements 20 optisch nach Außerhalb zu übertragen. Genauer gesagt, die berührungslose Verdrahtungsvorrichtung 700 weist ein Lichtsendeelement 710 und ein Lichtempfangselement 720 auf. Das Lichtempfangselement 720 empfängt Licht von dem Lichtsendeelement 710. Das Lichtsendeelement 710 ist an der Struktur 100 oder an dem Gehäuse 200 und das Lichtempfangselement 720 an dem anderen der beiden Elemente befestigt.
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Das Lichtsendeelement 710 und das Lichtempfangselement 720 können bekannter Bauart sein und beispielsweise eine Laserdiode, eine Photodiode und eine LED umfassen.
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Die berührungslose Verdrahtungsvorrichtung 700 weist, wie auf der linken Seite in der 5 gezeigt, das Lichtempfangselement 720 an der Struktur 100 und das Lichtsendeelement 710 an dem Gehäuse 200 befestigt auf. Die berührungslose Verdrahtungsvorrichtung 700 weist, wie auf der rechten Seite in der 5 gezeigt, das Lichtempfangselement 720 an dem Gehäuse 200 und das Lichtsendeelement 710 an der Struktur 100 befestigt auf.
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Das Lichtsendeelement 710 und das Lichtempfangselement 720 sind elektrisch mit der Platine 30 in der Struktur 100, dem Gehäuse 200 oder einer externen Schaltung (nicht gezeigt) des Gehäuses 200 verbunden. Die Platine 30 und die externe Schaltung wandeln elektrische Signale, die anschließend an die Lichtelemente 710, 720 übertragen werden. Wenn die Lichtelemente 710, 720 die Signale optisch übertragen, wird ein Signal des Winkelgeschwindigkeitserfassungselements 20 nach Außerhalb übertragen.
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Ferner ist die Anzahl der berührungslosen Verdrahtungsvorrichtungen 700 und deren Befestigungspositionen nicht auf die in der 5 gezeigte Ausführungsform beschränkt.
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Ferner sollte wahrgenommen werden, dass die berührungslose Verdrahtungsvorrichtung 700 die in jedem der obigen Beispiele verwendete flexible Leiterplatte 300 angemessen ersetzen kann.
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Ferner kann alternativ eine berührungslose Verdrahtungsvorrichtung zusammen mit dem Lichtsendeelement und dem Lichtempfangselement verwendet werden, um Beschleunigungssignale per Funk zu übertragen.
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6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S5 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S5 weist, wie in 6 gezeigt, eine Solarzelle 800 zum Wandeln von Licht in Elektrizität auf der Struktur 100 auf.
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Obgleich nicht in der 6 gezeigt, kann eine elektrische Verdrahtung zwischen der Struktur 100 und der Außenseite durch eine berührungslose Verdrahtung der ersten Ausführungsform realisiert werden.
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Die Solarzelle 800 ist eine Sonnenbatterie bekannter Bauart. Die Solarbatterie besteht aus Silizium oder einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise Galliumarsenid, und absorbiert Licht und wandelt das Licht zur Erzeugung elektrische Energie in elektrische Ladungsträger um.
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Die Solarzelle 800 ist über ein Klebemittel an der Außenseite der Struktur 100 befestigt und elektrisch mit der Verdrahtung der Struktur 100 verbunden. Die Solarzelle 800 versorgt das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 und die Platine 30 mit Strom. An dem Gehäuse 200 ist ein Lichtsendeteil 810 befestigt, das Licht auf die Solarzelle 800 strahlt. Das Lichtsendeteil 810 kann ein Lichtsendeelement gemäß der ersten Ausführungsform sein.
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Ferner ist die Anzahl an Solarzellen 800 und Lichtsendeteile 810 und deren Befestigungspositionen nicht auf die in der 6 gezeigte Ausführungsform beschränkt.
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Ferner ist die vorliegende Ausführungsform auf jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen anwendbar.
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7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Winkelgeschwindigkeitssensorvorrichtung S6 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Lichtsendeteil zum Zuführen von Licht auf die Solarzelle 800 der zweiten Ausführungsform ist in der Winkelgeschwindigkeitssendevorrichtung S6 modifiziert. Ferner ist die in der 5 gezeigte elektrische Verdrahtung zwischen der Struktur 100 und der Außenseite in der 7 ausgelassen. Die berührungslose Verdrahtung kann bei dieser Ausführungsform verwendet werden.
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Ein Abdeckteil 220 in dem Gehäuse 200 besteht, wie in 7 gezeigt, aus einem lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas oder einem transparenten Harz. Licht von Außerhalb wird über das Abdeckteil 220 auf die Solarzelle 800 geführt. Folglich kann der Solarzelle 800 ohne eine Verwendung des Lichtsendeteils der zweiten Ausführungsform Licht zugeführt werden.
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Alternativ kann das gesamte Gehäuse 200 aus lichtdurchlässigem Material bestehen.
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Die vorliegende Ausführungsform ist auf jede der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen anwendbar.
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Obgleich die Richtung der Ansteuerschwingung und die Erfassungsrichtung in dem Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 derart angezeigt sind, dass sie, wie in 1 gezeigt, entlang der x- und der y-Achse verlaufen, kann das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 die Winkelgeschwindigkeit erfassen, indem sie die Wirkung der Coriolis-Kraft des Schwingungskörpers 21 entlang anders definierter Achsen ausnutzt.
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Ferner ist das Gehäuse 10 nicht auf ein Keramik-Gehäuse beschränkt. Die Form des Gehäuses 10 und die elektrische Verbindung zwischen jedem Teil des Gehäuses ist nicht auf die vorstehend beschriebene Form und Verbindung beschränkt.
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Ferner kann die Struktur 100 das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 mit dem Schwingungskörper 21 aufweisen. Beispielsweise kann das Winkelgeschwindigkeitserfassungselement 20 ohne die Platine 30 direkt an der Oberseite des Gehäuses 10 befestigt sein.
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Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen und Ausgestaltungen offenbart worden ist, sollte wahrgenommen werden, dass sie auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen und Ausgestaltungen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
