一种加速度计用永磁力矩器的制作方法

本发明属于挠性摆式加速度计技术领域，具体涉及一种惯性导航加速度计用基于硅基线圈的永磁力矩器。

背景技术：

惯性导航用挠性加速度计是惯性导航设备中的核心器件，其零位和标度因数的温度及时间重复性直接影响惯性导航的精度等级。随着现代航空航天技术的不断进步，惯性导航系统对于加速度计要求越来越高，加速度计标度因数的重复性提升已经成为了加速度计水平提升的技术瓶颈。对于挠性摆式加速度计，其力矩器的稳定性是决定加速度计标度因数稳定性的关键因素。

力矩器由两部分组成，一部分是采用永磁体和轭铁组成的永磁磁路，另一部分是固定在加速度计摆片上的导电线圈。要提升力矩器的稳定性，就需要提升永磁磁路的磁路稳定性和力矩器线圈在空间中随温度和时间的稳定性。

目前加速度计永磁力矩器的线圈多采用漆包线绕制而成，绕制线圈呈现符合材料的粘弹性特征，同时，其膨胀系数通常与加速度计的摆片材料如单晶硅、石英等相差一个量级以上。线圈固定于加速度计摆片上之后，在受到温度的作用下，线圈受到热应力作用，发生较大变形，由于线圈的具有粘弹性，在受力变形后无法回复至初始位置，最终使得力矩器线圈空间位置发生永久变化，降低标度因数的重复性。为了提升加速度计标度因数稳定性，常用的方法有，加速度计采用骨架线圈等方法，这些方法能在一定程度上提升加速度计标度因数非线性，但效果非常有限。硅基线圈结构稳定，但是存在绕线长度短，线圈电阻大的问题，也难以直接应用在加速度计用力矩器上。

加速度计用力矩器线圈通常通过胶接固定在加速度计的摆片上，该连接方式存在定位一致性差、热应力大的问题，可以在线圈与摆片之间增加一垫块，控制线圈位置及减小热应力，但是这种结构效降低线圈及摆片间热应力的效果仍然非常有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种加速度计用永磁力矩器，以有效降低加速度计摆片与永磁力矩器线圈之间的热应力，显著提升加速度计的标度因数稳定性。

本发明的加速度计用永磁力矩器包括轭铁、永磁体、导磁片和硅基线圈，其中轭铁位于最底部，永磁体固定于轭铁上、导磁片固定于永磁体的上表面。轭铁和导磁片之间形成永磁气隙，硅基线圈位于永磁气隙内部，永磁力矩器工作时，硅基线圈通过线圈垫块固定在加速度计摆片上。

其中，硅基线圈、线圈垫块和加速度计摆片之间的固定方式为键合或者玻璃烧结。

其中，线圈垫块为一具有柔性结构的单晶硅垫块，以释放加速度计摆片和线圈之间的热应力；所述柔性结构可以是中部刚度小，两端刚度大的支撑结构。

其中，为了增加硅基线圈绕线长度，提升力矩器系数，所述硅基线圈可以为多层堆叠的螺旋结构，每一层的螺旋方向相反，以增加线圈绕线长度。

其中，为了降低硅基线圈的电阻，提升其导电性能，可以在硅基线圈的间隙填充金属或者在硅基线圈表面镀金属层，也可以在硅基线圈表面进行金属共晶融合。

本发明采用硅基线圈替代加速度计永磁力矩器的漆包线绕制线圈，有效降低了加速度计摆片与永磁力矩器线圈之间的热应力，同时减少了线圈的粘弹性。硅基线圈在永磁磁路中有更优良的空间稳定性，能够显著提升加速度计的标度因数稳定性。

附图说明

图1为加速度计用永磁力矩器和摆片的结构立体图；

图2为加速度计用永磁力矩器和摆片的结构剖面图；

图3为本发明的加速度计用永磁力矩器中的线圈垫块的剖面图；

图4为本发明的加速度计用永磁力矩器采用的硅基线圈的俯视图。

图中：

1-轭铁、2-永磁体、3-导磁片、4-硅基线圈、5-永磁气隙、6-线圈垫块、7-摆片、8-摆片挠性部位、9-硅基线圈引线端、10-间隙

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图及实施例，对本发明的进行进一步详细说明。

参考图1和图2，该基于硅基线圈的加速度计用永磁力矩器包括轭铁1、永磁体2、导磁片3和硅基线圈4，其中轭铁1位于该结构的最底部，永磁体2通过胶接等方式固定于轭铁上、导磁片3通过胶接等方式固定于于永磁体2上表面。轭铁1和导磁片3之间为永磁气隙5，硅基线圈位于永磁气隙5内部。

参考图2和图3，加速度计的硅基线圈永磁力矩器工作时，需要硅基线圈4固定在摆片7上，摆片7和硅基线圈4之间通过线圈垫块6连接，其连接方式可以为键合或者玻璃烧结。线圈垫块6是一个中部刚度小，两端刚度大的支撑结构，用于释放摆片和线圈之间的热应力。永磁体2沿轴向充磁，轭铁1和导磁片3引导永磁体2产生的磁场进入永磁气隙5，形成沿导磁片3径向分布的磁场。当硅基线圈4通电时，由于电磁感应，硅基线圈4将产生沿导磁片3轴向的作用力，其作用力的大小为：

f＝bil

其中b为永磁气隙5的磁场强度，i为硅基线圈4的通电电流，l为硅基线圈4的导线长度。摆片7受到硅基线圈4产生的力矩，将绕摆片挠性部位8产生转动，硅基线圈4内电流的方向决定了硅基线圈4的受力方向，通过调整硅基线圈4内电流的大小和方向，可以实现基于硅基线圈永磁力矩器对于摆片7的施矩控制。

参考图4，硅基线圈4通过单晶硅刻蚀加工而成，加工完成后需要进行表面绝缘处理。硅基线圈4是螺旋结构，通过两个硅基线圈引线端9进行引线通电。为了增加线圈导线长度，可以将硅基线圈4进行多层堆叠，用以增加线圈绕线长度，其中每层堆叠硅基线圈的螺旋方向相反。为了降低硅基线圈4电阻，提升其导电性能，可以在硅基线圈的间隙10填充金属或者在硅基线圈4表面镀金属层，也可以在硅基线圈4表面进行金属共晶融合。

技术特征：

技术总结
本发明属于挠性摆式加速度计技术领域，具体涉及一种惯性导航加速度计用基于硅基线圈的永磁力矩器。本发明的加速度计用永磁力矩器包括轭铁、永磁体、导磁片和硅基线圈，其中轭铁位于最底部，永磁体固定于轭铁上、导磁片固定于永磁体的上表面。轭铁和导磁片之间形成永磁气隙，硅基线圈位于永磁气隙内部，永磁力矩器工作时，硅基线圈通过线圈垫块固定在加速度计摆片上。本发明采用硅基线圈替代加速度计永磁力矩器的漆包线绕制线圈，有效降低了加速度计摆片与永磁力矩器线圈之间的热应力，同时减少了线圈的粘弹性。硅基线圈在永磁磁路中有更优良的空间稳定性，能够显著提升加速度计的标度因数稳定性。

技术研发人员：梁璞;张习文;赵坤帅;李鹏飞;张志刚;王晓勇;孙继奕
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所
技术研发日：2018.07.24
技术公布日：2019.01.08