CN100356449C - 在具有旋转促动器的磁盘驱动器中抑制振动的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于高性能磁盘驱动器组件的促动器的抑制组件，它由多种材料形成。该抑制组件添加在促动器上，用来抑制在驱动器操作期间出现的振动。该抑制组件与促动器的线圈区域的外部连接。该抑制组件有助于抑制线圈扭转和线圈弯曲的振动方式，由此改善了动态定位性能，从而改善了整体外存储器输入/输出处理量性能。通过加大磁铁半径这还允许更高的音圈电机扭矩常数，由此也改进了运动时间，这进一步改善了外存储器输入/输出处理量性能。通过降低与线圈扭转和线圈弯曲模式相关的定位时间并且允许也能改善运动时间的更高扭矩常数，从而改善了整体外存储器性能。这两个效果都有助于改善外存储器性能。

Description

在具有旋转促动器的磁盘驱动器中抑制振动的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及一种改进的数据访问和存储系统，尤其涉及一种在具有旋转促动器(actuator)的高性能磁盘驱动器中抑制线圈支撑件上的振动的改进系统和方法。
背景技术
一般来说，数据访问和存储系统由一个或多个在磁性或光学存储媒介上存储数据的存储装置构成。例如，磁性存储装置被称为直接存取存储装置(DASD)或硬盘驱动器(HDD)，并且包括一张或多张磁盘以及用来操纵有关这些磁盘的局部操作的磁盘控制器。这些硬盘自身通常由铝合金或玻璃和陶瓷的混合物制成，并覆盖有一层磁性涂层。通常，一至六张磁盘垂直叠放在一共同心轴上，该心轴由磁盘驱动马达以每分钟几千转(rmp)的速度转动。
传统的HDD还采用了一种促动器组件。该促动器使磁性读取/写入头向旋转磁盘上的所要求位置移动以便将信息写入到那个位置或者从中将数据读出。在大多数HDD中，磁性读取/写入头安装在一滑块上。滑块通常用来机械地支撑该磁头和在该磁头和该磁盘驱动系统的剩余部分之间的任何电连接。滑块按照空气动力学成形以在运动的空气上滑行，以便与旋转磁盘的表面保持均匀的间距，由此防止磁头不理想地接触磁盘。
通常，滑块在其空气支撑表面(ABS)上形成有由凸起构成的空气动力学图案，该空气支撑表面使得滑块在磁盘驱动器的操作期间在靠近磁盘的恒定高度处飞行。滑块与每块圆形磁盘的每个侧面相连，并且正好在圆形磁盘表面上面飞行。每个滑块安装在悬架上以形成磁头万向架组件(HGA)。然后该HGA连接在支撑着整个磁头飞行单元的半刚性促动器臂上。可以将几个半刚性臂组合以形成单个具有线性支撑或旋转枢轴支撑系统的可动单元。
利用通常被称为音圈电机(VCM)的磁铁/线圈结构来使磁头和臂组件线性地或绕枢轴转动地运动。VCM的定子安装在底板上或者其上还安装有主轴的铸件上。然后用一盖子和密封组件将基底铸件和其主轴、促动器VCM和内部过滤系统一起封闭，从而确保没有任何污染物可以进入从而对在磁盘上飞行的滑块的可靠性造成不利影响。当将电流输送给电机时，VCM产生出与所施加的电流基本上成正比的力或扭矩。因此臂加速度基本上与电流的大小成正比。当读取/写入磁头接近所要求的磁道时，将一反极性信号施加给促动器，从而使得该信号用作制动器，并且理想地使得读取/写入磁头停止并且直接设定在所要求的磁道上面。
通过改进促动器设计而提高磁头定位的精确度和速度，从而大大提高了当前HDD生产率和存储容量。更准确的说，该促动器使读取/写入磁头定位越精确，则驱动磁道密度越大。术语“伺服系统带宽”(servo bandwidth)表示应用在磁头定位系统上的开环传输函数的交叉频率(cross-over frequency)。随着HDD的磁道密度增加，通常需要较高的伺服系统带宽来提高磁道测量对准(TMR)性能。线圈和支架的机械共振是限制音圈电机驱动的HDD的伺服系统带宽的主要因素之一。另外，对更高速度和存储容量的要求已经导致更快速且更紧凑的硬盘驱动器(HDD)组件。现代高性能磁盘驱动器通常具有几块堆叠的磁盘，它们在轴上以超过10000rpm的速度旋转。在这些磁盘上的磁道密度通常为每英寸12000条磁道(tpi)以上。随着HDD的磁道密度增加，高伺服系统带宽对于提高由TMR测量的读取/写入操作的效率以及其其它性能指标而言更加重要。
在现有技术中，已经提出了许多提高动态定位性能的装置和方法。例如，Back的US5930071、Edwards的US5914837和Edwards的US5666242，这些专利都涉及抑制在枢轴组件处的振动的方法。其它美国专利，例如Beatty的US6310749和Huang的US5936808涉及在促动器臂中的振动抑制。还有其他的美国专利涉及促动器抑制。后一种类型的例子包括Alfred的US5790348，它利用线圈上的塑料过成型。这种方法不适用于高性能磁盘驱动器，因为它们要求线圈支撑件有高硬度，以允许高的TPI。授予Castagna的US4602175在线圈轴上使用抑制层，这也降低了线圈本身的硬度，因而由于抑制层的高温而失去了抑制有效性。同样，这种方案也不适用于高性能驱动器，因为它们要求高的线圈硬度，以允许高的TPI。此外还参见Aruga的US5764441。因此，需要提供一种改进的方法和系统，以便在数字记录系统中降低HDD悬架和磁头设备的动态机械变形对读取/写入磁头的偏离磁道定位误差的影响。在实际情况中，这种系统用来提高HDD组件的存取时间、性能和有效磁道密度。
发明内容
用于高性能磁盘驱动器组件的促动器的抑制组件的一个实施方案由多种材料形成。例如，该抑制组件可以一种受约束层抑制设备。该抑制组件加入在促动器上，用来抑制在驱动器操作期间出现的振动。该抑制组件与促动器的线圈区域的外部连接，它包括音圈的任何部分、线圈支撑件和/或线圈区域的部件的任意组合。在一个形式中，抑制组件通过粘合剂固定在线圈区域上。
本发明的抑制组件为高性能磁盘驱动器提供几个优点。在旋转促动器的线圈区域中添加抑制组件例如受约束层抑制组件这有助于抑制线圈扭转和线圈弯曲的振动方式，由此改进了动态定位性能，从而提高了整个外存储器(file)输入/输出处理量性能。通过提高磁铁半径这还允许更高的音圈电机扭矩常数，由此还改善了运动时间，这进一步改善了外存储器输入/输出处理量性能。通过降低与线圈扭矩和线圈弯曲模式相关的定位时间，并且允许更高的扭矩常数，从而也改进了运动时间，由此改进了整体外存储器性能。
通过结合所附权利要求和附图阅读本发明优选实施方案的以下详细说明，从而本领域普通技术人员将理解本发明的上述和其它目的和优点。
附图说明
为了更详细地理解实现本发明的这些特征和优点的方式以及其它显而易见的方式，可以参照在附图中所示的实施方案借助上面概述的本发明的更具体的说明，这些附图构成本说明书的一部分。但是，要理解的是，这些附图只是显示出本发明的一优选实施方案，因此不应该被认为是对本发明的范围进行限制，因为本发明可以允许其它具有等同效果的实施方案。
图1为根据本发明构成的高性能磁盘驱动器的一个实施方案的示意性顶视图；
图2为图1高性能磁盘驱动器的促动器的一个实施方案的立体图，显示出从中分解出的抑制组件；并且
图3为图2的促动器的立体图，显示出固定在其上的抑制组件。
具体实施方式
参照图1，该图显示出用于计算机系统的包括磁性硬盘外存储器或驱动器111的信息存储系统的一个实施方案的示意图。驱动器111具有一外部壳体或基底113，它包含多张紧密间隔开的叠置的平行磁盘115(未示出)。磁盘115由具有中心驱动轮毂117的主轴电机组件转动。促动器121包括多个以围绕着铰接组件123铰接安装在基底113上的梳子形式的平行促动器臂125(参见例如图2)。控制器119也安装在基底113上，用来选择地使由臂125构成的梳子相对于磁盘115运动。
在所示的一个实施方案中，每个臂125具有至少一个从中延伸出的悬臂式负重粱或悬架127。磁性读取/写入传感器(transducer)或磁头129安装在一滑块上并且固定在可弯曲安装在每个悬架127上的弯曲部上。读取/写入磁头129从磁盘115中磁性地读出数据和/或将数据磁性地写入到这些磁盘上。被称为磁头万向架组件的组件为磁头129和滑块，它们安装在悬架127上。滑块通常粘接在悬架127的端部上。磁头129通常为微微级尺寸(大约1250×1000×300微米)，并且由陶瓷或金属间材料形成。磁头129还可以是例如纳米大小(大约为2050×1600×450微米)并且通过悬架127预先加载在磁盘115的表面上(在2至10克的范围中)。
悬架127具有一种类似弹簧的特性，它将滑块空气支撑表面偏压或压迫在磁盘上，从而使得在滑块和磁盘表面之间能够形成空气支撑薄膜。装在传统音圈电机磁铁组件134(未示出顶极)内的音圈133也安装在与臂125和磁头万向架组件相对的促动器的主体上。在所示的形式中，音圈133设置在线圈支撑件136之间并且与之连接，该线圈支撑件例如包括一对从促动器121的主体中一体地延伸出的手指形凸起。由控制器119控制的促动器121的运动(由箭头135所示)使磁头万向架组件129径向越过在磁盘115上的磁道直到这些磁头129定位在目标磁道上。这些磁头万向架组件按照传统的方式操作并且总是相互一致地运动，除非驱动器111使用多个单独的促动器(未示出)，其中这些臂可以相互独立地运动。
现在参照图2和3，这些图显示出驱动器111的促动器121的更详细的视图。在该实施方案中，促动器121包括一阻尼器或抑制组件141。抑制组件141可以包含一种或多种加入在促动器121上的材料，以便抑制在驱动器111的操作期间出现的振动。在所示的形式中，抑制组件141由一层或多层与促动器121的线圈区域143的外部的仅仅一部分连接的材料层形成。“线圈区域”143在这里被定义为音圈133的任意部分、线圈支撑件136和/或其任意组合，从而在不脱离本发明的范围的情况下抑制组件141可以跨在线圈区域143的多个部件上。
抑制组件141可以通过多个不同的连接系统或方法固定在线圈区域143上，但是优选通过粘合剂连接在其上。如上所述，如在图2中所示一样，抑制组件141可以包含多种材料，并且可以形成为一种受约束层抑制设备。在这种形式中，抑制组件141包括由金属材料(例如铝或不锈钢)形成的薄层或箔片，其上连接有一层弹性、粘弹性或其它材料层。还有，可以使用粘合剂层来将抑制组件141的各个部件连接在一起并且连接在促动器121上。另外，抑制组件141的大小和形状并不限于所示的实施方案。而且，抑制组件141的大小、形状、厚度等可以改变以满足所要求的性能要求。还有，可以在促动器121上的多个应用位置处使用多个抑制组件141(每个都具有不同形状和尺寸)。
本发明为高性能磁盘驱动器提供几个优点。在旋转促动器的线圈区域中添加抑制组件(例如受约束层抑制组件)有助于抑制线圈扭转和线圈弯曲的振动方式，由此改善了动态定位性能，由此改善了整体外存储器输入/输出处理量性能。这还允许更高的音圈电机扭矩常数K(t)。可通过增加磁铁半径增大Kt，这也可以增大线圈扭转和线圈弯曲激励。但是，本发明的抑制系统抑制线圈扭转和线圈弯曲振动，因此允许增大的磁铁半径和增大的Kt。这些参数还改进了运动时间，这进一步改进了外存储器输入/输出处理量性能。通过降低与线圈扭转和线圈弯曲模式相关的定位时间并且允许较高的扭矩常数以改善运动时间，从而改善了整体外存储器性能。这两种效果都会改进外存储器性能。
使用本发明特别有利于衰减线圈扭转和线圈弯曲，因为这两种模式通常具有低频率，因而降低了其振动衰减的频率。这些模式通常是对高性能磁盘驱动器最有问题的两种模式，会导致定位时间长和性能降低，因为它们是在搜寻操作中激励的并通常在高性能旋转促动器硬盘驱动器中的定位过程中被伺服系统放大。用本发明抑制这两种模式使振动快速衰减，从而允许较高的TPI和更快的存取时间和性能，不过这不能帮助提高伺服系统带宽。
虽然已经显示出只是本发明的一些形式，但是本领域普通技术人员应该理解的是，它并不局限于此，而是在不脱离本发明的范围的情况下可以有各种各样的变化。

Claims (11)

1.一种高性能磁盘驱动器，它包括：
一基底；
至少一张可转动地连接在所述基底上的磁盘；
一枢轴地连接在所述基底上的促动器，该促动器具有包括音圈和线圈支撑件的线圈区域和用于从磁盘中读取数据并且将数据写入到其上的传感器，所述线圈支撑件具有从促动器延伸并围绕音圈的至少一部分的一对臂；
一阻尼器，它与所述音圈和线圈支撑件的一个臂连接，用来抑制所述高性能磁盘驱动器在操作期间出现的振动。
2.如权利要求1所述的高性能磁盘驱动器，其中所述阻尼器包括形状为矩形且纵长尺寸小于线圈支撑件的一个臂的受约束层抑制组件。
3.如权利要求1所述的高性能磁盘驱动器，其中所述阻尼器包括受约束层抑制组件，具有至少一层通过粘性连接固定在至少一层弹性层上的金属层，并且其中所述受约束层抑制组件粘接在所述线圈区域上。
4.如权利要求1所述的高性能磁盘驱动器，其中所述阻尼器跨在所述音圈和线圈支撑件上。
5.如权利要求1所述的高性能磁盘驱动器，其中所述线圈区域具有一外表面，所述阻尼器与该外表面的仅一部分相连。
6.一种高性能磁盘驱动器，它包括：
一基底；
至少一张可转动地连接在所述基底上的磁盘；
一枢轴地连接在所述基底上的促动器，该促动器具有一线圈区域和用于从磁盘中读取数据并且将数据写入到其上的面对所述线圈区域设置的传感器，其中所述线圈区域包括一音圈和一线圈支撑件，所述线圈支撑件具有从促动器延伸并围绕音圈的至少一部分的一对臂；以及
一受约束层抑制组件，它与所述线圈支撑件的一个臂连接，用来抑制所述高性能磁盘驱动器在操作期间出现的振动，所述受约束层抑制组件包括至少一层通过粘性连接固定在至少一层弹性层上的金属层，并且其中所述受约束层抑制组件粘接在所述线圈支撑件上。
7.如权利要求6所述的高性能磁盘驱动器，其中所述受约束层抑制组件连接在所述音圈和所述线圈支撑件上并且跨在它们上面。
8.如权利要求6所述的高性能磁盘驱动器，其中所述线圈区域具有一外表面，所述受约束层抑制组件与该外表面的仅一部分相连，并且所述受约束层抑制组件的形状为矩形且纵长尺寸小于线圈支撑件的一个臂。
9.一种抑制在高性能磁盘驱动器中的振动的方法，它包括：
提供一基底，它具有至少一张可转动磁盘和一枢轴促动器，该枢轴促动器包括一具有一音圈和一线圈支撑件的线圈区域，所述线圈支撑件具有从枢轴促动器延伸并围绕音圈的至少一部分的一对臂；
将一受约束层抑制组件连接在所述线圈支撑件的一个臂上；并且
通过固定在所述线圈区域上的受约束层抑制组件操作高性能磁盘驱动器，从而所述受约束层抑制组件抑制高性能磁盘驱动器的振动。
10.如权利要求9所述的方法，还包括提供形状为矩形且纵长尺寸小于线圈支撑件的一个臂的受约束层抑制组件。
11.如权利要求9所述的方法，还包括为所述受约束层抑制组件提供至少一层通过粘性连接固定在至少一层弹性层上的金属层，并且其中所述受约束层抑制组件粘接在所述线圈支撑件上。
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