CN101051496A - 用于检测自由下落并执行紧急停放的硬盘驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种硬盘驱动器(HDD)，其用于检测HDD何时处于自由下落状态并且在撞击之前停放头。HDD包括：主轴马达，主轴马达包括旋转本体并用于旋转盘，其中盘用于存储数据；用于将读/写头移动至盘上所需的位置以读取/写入数据的致动器；以及用于实时测量旋转本体的飞行高度的飞行高度传感器。HDD进一步包括用于监视所测量的飞行高度并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器；以及用于响应于自由下落信号对读/写头启动停放操作的中央控制器。

Description

用于检测自由下落并执行紧急停放的硬盘驱动器

技术领域

本发明的实施例涉及一种硬盘驱动器(HDD)。特别地，本发明的实施例涉及一种用于检测自由下落并响应于自由下落的检测而将读/写头停放于安全位置的HDD。

背景技术

硬盘驱动器(HDD)是一种通常在计算机中使用并且适于使用一个或多个读/写头从旋转的盘中读取数据以及将数据写入其中的信息存储装置。在HDD中，致动器移动读/写头至盘上所需的位置，因而数据可以被写入至盘上所标识的位置或从中读取。在上述移动期间，读/写头被保持在盘表面之上所定义的“飞行高度”。

然而，如果读/写头没有保持所定义的飞行高度并且与盘表面碰撞，则盘表面可能变为受损并使得存储在受损位置的数据不可读。读/写头与盘碰撞可能起因于施加到HDD的外部碰撞。由于HDD正在更为普遍地引入便携式主机中，由于主机下落而引发的外部碰撞的风险提高了。尽管由HDD提供了卓越的价格和存储容量比，然而该“盘的碰撞”风险影响了将HDD引入于新兴的便携式装置中。然而，HDD在便携式电子装置中所提供的明显的商业优势已经导致正在进行更多的对具有1英寸或更小的微HDD的设计和使用的研究。

例如，US专利No.RE35629，其主题在此引入作为参考，公开了一种检测HDD的自由下落状态的方法(即其中HDD在重力作用下下落的条件)。这一传统的方法使用MEMS(微电机系统)加速度传感器检测自由下落状态并且卸载读/写头。在上下文中术语“卸载”表示一种操作，其中读/写头被移入到安全的位置(即更好地免除于外部碰撞的不良影响的位置)。然而，这种传统的途径相关于MEMS加速度传感器的引入向HDD设计增加了成本以及复杂性。进一步地，MEMS加速度传感器的加入导致了意图用于便携式装置例如移动电话、PDA等的很多微HDD设计的体积上不能接受的增加。

发明内容

本发明的实施例提供了一种适于防止HDD内的读/写头或盘由于自由下落后的外部撞击而损坏的硬盘驱动器(HDD)。这种能力提供了改进的撞击抵抗力并使得HDD对于结合在各种便携式或移动设备中成为更好的设计选择。

本发明的实施例同样提供了一种适于以高精度在各个方向检测自由下落状态的HDD。这种自由下落状态检测的结果是，HDD能够更好地启动读/写头的紧急卸载/停放。

在一个实施例中，本发明提供一种硬盘驱动器(HDD)，包括：包括旋转本体并适于旋转盘的主轴马达，适于将读/写头移动到盘上所需位置的致动器，适于实时测量相对于旋转本体的飞行高度的飞行高度传感器，适于监视所测量的飞行高度并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号对读/写头启动卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：适于旋转盘的主轴马达，适于将读/写头在盘上移动的致动器，适于实时测量主轴马达的旋转速度的旋转速度传感器，适于监视所测量的旋转速度并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号启动卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：适于以所定义的旋转速度旋转盘的主轴马达，适于使用向主轴马达提供的驱动信号实时控制旋转速度的反馈控制环路，适于在盘上移动读/写头的致动器，适于监视驱动信号并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号对读/写头启动卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：主轴马达，包括旋转本体和适于支承旋转本体(rotary body)的静止本体(static body)，其中主轴马达适于旋转盘；适于在盘上移动读/写头的致动器；适于测量与旋转本体关联的静止偏心距的静止偏心距传感器；适于监视所测量的静止偏心距(static eccentricity)并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器；以及适于响应于自由下落信号初始化读/写头的卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：适于旋转具有目标道的盘的主轴马达，适于围绕枢轴移动读/写头以在目标道上定位读/写头的致动器，用于实时测量读/写头的实际位置和目标道之间的位置误差并进一步适于生成位置误差信号的位置误差传感器，适于监视位置误差信号并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号对读/写头启动卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：适于旋转盘的主轴马达，适于向致动器提供旋转驱动功率的音圈马达(VCM)，其中致动器适于在盘上移动读/写头，适于向VCM提供受控驱动信号以使得读/写头跟踪盘上的目标道的位置控制环路(loop)，适于实时监视向VCM提供的受控驱动信号并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号对读/写头启动卸载/停放操作的中央控制器。

在另一个实施例中，本发明提供了一种HDD，包括：适于以根据反馈控制环路所提供的驱动信号实时控制的旋转速度旋转盘的主轴马达，适于向在盘上移动读/写头的致动器提供旋转驱动功率的音圈马达(VCM)，适于向VCM提供受控驱动信号以使得读/写头跟踪盘上的目标道的位置控制环路，适于实时监视驱动信号和受控驱动信号并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号的监视器，以及适于响应于自由下落信号对读/写头启动卸载/停放操作的中央控制器。

附图说明

本发明的实施例将参照相关附图在此描述，其中同样的附图标记表示同样或相似的部件。在附图中：

图1是根据本发明的实施例的硬盘驱动器(HDD)的分解透视图；

图2A是根据本发明的实施例的图1的HDD的主轴马达沿图1中的线II-II得到的剖面图；

图2B是根据本发明的实施例的图1的HDD的主轴马达沿图1中的线II-II得到的剖面图；

图2C是根据本发明的实施例的图1的HDD的主轴马达沿图1中的线II-II得到的剖面图；

图3是图2的永磁体和部分静止本体的结构的透视图；

图4显示了作用于图2的主轴马达中的静止本体和旋转本体的力以及力矩；

图5和6分别显示了主轴马达的轴颈轴承和推力轴承的压力分布；

图7显示了主轴马达中的永磁体和静止本体的磁通分布；

图8显示了输入主轴马达的驱动信号的示例；

图9是主轴马达中的旋转本体的矩心和重心路径的曲线图；

图10到14显示了有限元分析的数值积分的结果；

图15显示了主轴马达100可能下落的典型方向；

图16A到16C显示了根据主轴马达下落的方向在飞行高度上的变化；

图17A到17C显示了根据主轴马达下落的方向在旋转速度上的变化；

图18A到18C显示了根据主轴马达下落的方向在用于主轴马达的驱动信号的PWM占空比上的变化；

图19A到19C显示了根据主轴马达下落的方向主轴马达中的旋转本体在位置上的变化；

图20A到20C显示了根据主轴马达下落的方向在位置误差信号上的变化；

图21A到21C显示了根据主轴马达下落的方向在作为受控驱动信号向音圈马达(VCM)提供的输入电流上的变化；

图22A到22C显示了根据主轴马达下落的方向在作为受控驱动信号向音圈马达提供的输入电压上的变化；

图23A是根据本发明的实施例的HDD的结构的示意图；

图23B是根据本发明的实施例的HDD的结构的示意图；

图23C是根据本发明的实施例的HDD的结构的示意图；

图24是当HDD下落时图23A的HDD中生成的内部信号的时序图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的硬盘驱动器(HDD)的分解透视图。参照图1，HDD包括适于旋转一个或多个盘130的主轴马达100。HDD进一步包括适于在130圆周外的一点枢转的致动器160。致动器160连接读/写头161并且适于将读/写头161移动至盘130上所需的位置。HDD还进一步包括适于向致动器160提供旋转驱动功率的音圈马达(VCM)169。

主轴马达100置于HDD的基座部件111上。盘130安装在主轴马达100上并且由主轴马达100以预定的角速度旋转。尽管图1的HDD可能包括多于一个盘130，但是为了描述的方便，此处将仅仅涉及一个盘，并且将称为“盘130”。

致动器160包括置于基座部件111上的致动器枢轴165、摆臂163、悬臂162以及线圈支撑部件167。摆臂163可旋转地连接于致动器枢轴165。悬臂162连接于摆臂163的顶部，支撑读/写头161并向盘130表面推动读/写头161。读/写头161跟踪盘130上的目标道“T”以从盘130读取或向其中写入数据。当盘130停放旋转时，将读/写头161置于在盘130圆周外设置的停放斜面170。

在图1中示出的示例中，VCM 169包括磁体184和VCM线圈164。VCM169适于提供旋转驱动功率以在由弗莱明(Fleming)左手定则定义的方向上使摆臂163转动。该转动动作通过利用VCM线圈164的输入电流和由磁体184所形成的磁场的互相作用而实现。VCM线圈164装配到置于摆臂163的基座部件的线圈支撑部件167中。典型地，磁体184围绕VCM 164，附着于轭181并由其支撑。在图示的示例中，主轴马达100和致动器160置于在基座部件111和与之相匹配的覆盖部件191之间设置的内部空间中。

图2A是根据本发明的实施例的图1中所示的主轴马达100的纵向剖面图。参照图2A，主轴马达100包括定义了主轴马达100的旋转中心的轴121、附着于轴121并适于与其一起进行旋转的轮毂125、附着于基座部件111并置于轮毂125的圆周外部的定子112，从而定子112和附着于轮毂125的永磁体126相互分开而彼此相对。永磁体126置于轮毂125的外边缘处。定子112置于面对永磁体126，在图示的示例中包括磁轭113和缠绕磁轭113的线圈115。当HDD操作时，定子112由驱动电流磁化并且与永磁体126相互作用。所得磁力旋转轮毂125和轴121。

基座部件111包括向支承轴121向上突出的颈部分111a。围绕轴121的轴套117插入于颈部分111a的开口中。轴121包括圆柱轴颈部分(journalportion)121a，还包括从轴121的下部的下面径向突出的推力部分(thrustportion)121b从而沿基本平行于轴121的旋转轴的轴固定轴121在轴套117中。主轴马达100的构件可组合成旋转本体120和适于支撑旋转本体120的静止本体110。在图2A中所示的实施例中，旋转本体120包括轴121和轮毂125，同时静止本体110包括定子112、基座部件111和轴套117。

适于旋转地支撑轴121的流体动力轴承置于轴121周围。在流体动力轴承中有适于轴向(即与轴121旋转轴平行的方向)支撑轴121的上和下部推力轴承153a和153b以及适于径向(即与轴121的旋转轴垂直的方向)支撑轴121的轴颈轴承151。此外，在轴121的表面形成梳状凹槽。因此，当轴121旋转时，梳状凹槽生成径向的流体动力压力。代替地，尽管未示出，但是可以在与轴121相对的轴套117的内表面形成相似的凹槽。

图2B进一步图示了根据本发明的另一个实施例的主轴马达100。图2B中所示的主轴马达100与图2A中所示的相似，除了它进一步包括一个飞行高度传感器102和静止偏心距传感器104。

图2C进一步图示了根据本发明的另一个实施例的主轴马达100。图2C中所示的主轴马达100与图2A中所示的相似，除了它进一步包括一个旋转速度传感器106。根据图2B和2C中所示的实施例的情况中，为了图示的方便概念性地示出各种传感器。这些传感器相对于主轴马达100的构件的位置可随多种设计参数而变化。

图3进一步图示了在一个实施例中永磁体126的示例性的结构。(参照图2)。在图示的实施例中，永磁体126呈圆形并包括十二个极。此外，第一多个轭113(例如，图示的示例中的九个)设置成围绕永磁体126的一个圆。轭113从环形支撑边延伸，线圈115缠绕第二多个(例如，九个之中的6个)轭113。包括线圈的第二多个轭113分为成对的相邻轭113，同时第一多个轭中的无线圈轭设置于每一对之间。在一个示例中假定使用无刷DC电机，通过对各个线圈115施加适当的AC电流信号，定子112的轭113交替地设置相反的磁极性。

考虑上述结构的实施例，现在将描述根据本发明的实施例的检测HDD的自由下落的方法。图4图示了典型地作用于主轴马达100中的静止本体110和旋转本体120上的各种力(以及相关力矩)。参照图4，为了参照的方便相对于静止本体110定义包括正交方向x_S、y_S和z_S的坐标系。另外，相对于旋转本体120定义包括正交方向x_R、y_R和z_R的相对坐标系。润滑油填入静止本体110和旋转本体120之间的轴承间隙。

在该描述的上下文内，静止本体110受到由重力产生的力F_G ^S(即具有重力F_G ^S)、来自于流体动力轴承150的反作用力F_HDB以及不平衡电磁力F_EM。

旋转本体120受到由重力产生的力F_G ^R(即具有重力F_G ^R)、由轴121中的偏心质量分布产生的偏心力F_U ^R、来自于流体动力轴承150的反作用力F_HDB以及不平衡电磁力F_EM。施加到静止本体110和旋转本体120的来自于流体动力轴承150的反作用力F_HDB和不平衡电磁力F_EM具有作用力/反作用力的关系，因此在相反的方向上作用。驱动旋转本体120的电磁转矩M_EM在旋转本体120的旋转方向上作用于(即作为力矩施加到)旋转本体120，由流体动力轴承150和静止本体110之间的摩擦力产生的摩擦转矩M_HDB也在相同的旋转方向上作用于静止本体110。相似地，由旋转驱动功率产生的电磁转矩M_EM和轴承的摩擦转矩每一个都施加到旋转本体120。作用于静止本体110和旋转本体120的每一个合成力和矩由根据牛顿一欧拉方程的下述方程(1)定义：

方程(1)

$\mathrm{\Σ}{F}_i^S=F_G^S-F_{\mathrm{HDB}}-F_{\mathrm{EM}}$

$\mathrm{\Σ}{M}_{{\mathrm{\θ}}_i}^S=M_{\mathrm{HDB}}^S-M_{\mathrm{EM}}$

$\mathrm{\Σ}{F}_i^R=F_G^R+F_U^R+F_{\mathrm{HDB}}+F_{\mathrm{EM}}$

$\mathrm{\Σ}{M}_{{\mathrm{\θ}}_i}^R=M_{\mathrm{HDB}}^R+M_U^R+M_{\mathrm{EM}}$

(i＝x，y，z)

其中F_G、F_HDB、F_EM、F_U、M_EM、M_HDB分别表示重力、流体动力轴承150的反作用力、不平衡电磁力、由旋转本体120的不平衡质量产生的偏心力、电磁转矩以及流体动力轴承150的摩擦转矩。此外，上标“S”和“R”分别用来表示作用于静止本体110和旋转本体120的力或力矩。

旋转本体120从它的初始位置相对于静止本体110在时间Δt内的位移可以通过使用例如朗格-库他(Runge-Kutta)算法对牛顿-欧拉方程关于时间进行数值积分而获得。通过基于所获得的结果输入旋转本体的新位置并重复关于积分可以获得旋转本体120在某一时间后的位置和方向。然而，除了静止本体110的重力F_G ^S和旋转本体120的重力F_G ^R以外的其它力或矩，可以从使用雷诺兹(Reynolds)方程的润滑油分析以及使用麦克斯韦(Maxwell)方程的电磁场分析中获得，下面将对其进行描述。因此，牛顿一欧拉方程、雷诺兹方程和麦克斯韦方程将结合于工作示例中。

来自于流体动力轴承150的反作用力F_HDB和流体动力轴承150的摩擦转矩M_HDB可以使用置于静止本体110和旋转本体120之间的润滑油的有限元分析而获得。使用雷诺兹方程是该有限元分析的一个方法，它可以由以下方程(2)和(3)表示。因此方程2和方程3表示分别施加到轴颈轴承151和推力轴承的润滑油的控制方程，其表示为使用变量(r，θ，z)的圆柱坐标。

方程(2)

$\frac{\∂}{R\∂\mathrm{\Θ}}\left(\frac{h^3}{12\mathrm{\μ}}\frac{\∂p}{R\∂\mathrm{\Θ}}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left(\frac{h^3}{12\mathrm{\μ}}\frac{\∂p}{\∂z}\right)=\frac{{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_z}{2}\frac{\∂h}{\∂\mathrm{\Θ}}+\frac{\∂h}{\∂t}$

方程(3)

$\frac{1}{r}\frac{\∂}{\∂r}\left(r\frac{h^3}{12\mathrm{\μ}}\frac{\∂p}{\∂r}\right)+\frac{\∂}{r\∂\mathrm{\Θ}}\left(\frac{h^3}{12\mathrm{\μ}}\frac{\∂p}{r\∂\mathrm{\Θ}}\right)=\frac{r{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_z}{2}\frac{\∂h}{r\∂\mathrm{\Θ}}+\frac{\∂h}{\∂t}$

其中h、p、μ和R分别表示润滑油膜的厚度、从润滑油膜生成的压力、润滑油膜的粘度(viscosity)以及轴颈轴成的半径。

当旋转本体120旋转时，润滑油的流体动力压力在旋转本体120和静止本体110之间产生，流体动力压力的分布通过从雷诺兹方程发展有限元而获得。流体动力轴承150的反作用力F_HDB和摩擦转矩(friction torque)M_HDB通过积分经过相关区域的润滑液体的压力和切应力而获得。图5和6分别显示了随时间变化的轴颈轴承的压力分布和推力轴承的压力分布。

等式(1)的电磁转矩M_EM和不平衡电磁力F_EM可以通过使用方程(4)分析关于主轴马达100的驱动电路的电压方程以及使用方程(5)分析关于电磁场的麦克韦尔方程而获得。

方程4

$R_i{I}_i+L_i\frac{d{I}_i}{\mathrm{dt}}+\frac{d{\mathrm{\Φ}}_i}{\mathrm{dt}}-R_j{I}_j-L_j\frac{{\mathrm{dI}}_j}{\mathrm{dt}}-\frac{{\mathrm{d\Φ}}_j}{\mathrm{dt}}=V_S$ (打开duty on)

$R_i{I}_i+L_i\frac{d{I}_i}{\mathrm{dt}}+\frac{d{\mathrm{\Φ}}_i}{\mathrm{dt}}-R_j{I}_j-L_j\frac{d{I}_j}{\mathrm{dt}}-\frac{d{\mathrm{\Φ}}_j}{\mathrm{dt}}=-V_D$ (关闭duty off)

I_i+I_j+I_k＝0    (i、j、k：相位指数phase index)

方程5

$\frac{\∂}{\∂x}\left(v\frac{\∂A_z}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(v\frac{\∂A_z}{\∂y}\right)=J-v(\frac{{\∂M}_y}{\∂x}-\frac{\∂M_x}{\∂y})$

其中v、J、Az和M分别表示电阻率(它是磁导率的倒数)、流入主轴马达100的电流的密度、磁矢量势以及永磁体的磁化强度。

图7和8显示了上述的电磁分析的结果。图7图示了主轴马达100的磁通的分布，图8图示了输入主轴马达100用来以恒定速度旋转主轴马达100的驱动电流的波形。

图9是图示了从前述分析中获得的旋转本体120的矩心和重心d路径的曲线图。在图9中，点线表示旋转本体120的矩心(centroid)的路径。一旦主轴马达100初始操作，它的矩心在x和y方向上都具有“0”位移(即它置于原点(0，0))。然而，当主轴马达100被驱动时，如螺旋路径所表示，它的矩心变为从原点偏离(即变为偏心(eccentric))。图9中的实线表示旋转本体120的重心(center of mass)的路径。旋转本体120的重心和矩心具有相似，但是不同的路径。

图10到14分别显示了当HDD进入自由下落状态时，方程(1)到(4)关于时间的数值积分的结果。图示的示例假定了HDD的水平取向，其中静止本体110的底面118(参照例如图2A)取向为基本平行于地面，从而静止本体110置于旋转本体120之下。

在图10到14中，x、y和z轴对应于前面为静止本体110所建立并示于图4的的坐标系。也就是说，方向x、y和z分别对应于图4中的x_s、y_s和z_s。图10图示了HDD在重力方向上关于时间的位移(即在工作假定下沿z轴的位移)，其中HDD在大约0.06秒开始下落。图11图示了在x-、y-和z-的每个方向上作用于旋转本体120的除了重力的所得分力。在x-和y-方向上作用于旋转本体120的分力振荡为正弦波，其中每一个都具有规则周期。当HDD开始下落时，在z-方向(即重力方向上)上的分力突然下落到零，该分力通常保持在大约0.01N。公知的是当下落开始时z-方向上的分力瞬间消除。这是因为，当HDD下落时，旋转本体120在流体动力轴承上将不再施加其重力，并且下落期间一旦流体动力轴承相对于静止本体110向上推动旋转本体120则在下落前与旋转本体120的重力相反的轴向支撑力将下落到零。

图12图示了旋转本体120飞行高度关于时间的变化(即从静止本体110分开旋转本体120的距离的变化)。当下落开始时，飞行高度增加大约1.6微米。当旋转本体120和静止本体110之间的飞行高度突然增加时，旋转本体120和静止本体110之间的轴承间隙突然变化，并且某些流体动力轴承150施加的摩擦转矩变化，如下所述。

图13显示了对于上和下部推力轴承以及轴颈轴承摩擦转矩关于时间的变化，其中每一个作用于旋转本体120。当由轴颈轴承施加的摩擦转矩在下落开始之前和之后保持恒定时，由上推力轴承施加的摩擦转矩在下落开始后略微增大，且由下部推力轴承施加的摩擦转矩在下落开始后明显降低。因此，在下落开始后，总的摩擦转矩，即由轴颈轴承以及上和下部推力轴承施加的摩擦转矩的总和降低大约4.4％。因为当HDD开始下落时由于旋转本体120和静止本体110之间的飞行高度突然增加而旋转本体120和静止本体110之间的上和下轴承间隙发生改变，如参照图12所述的，所以推力轴承施加的总摩擦转矩降低。由流体动力轴承150施加的摩擦转矩作用为一种保持主轴马达100以恒定速度旋转的旋转负荷。当HDD下落时，摩擦转矩突然降低，因此主轴马达100的驱动电流必须同样地降低，从而保持主轴马达100以恒定速度旋转。

图14显示了主轴马达100的驱动信号的脉宽调制(PWM)占空比关于时间的变化。PWM占空比在低电平和高电平之间振荡。当HDD下落时，高和低电平的每一个都降低大约0.2％，且摩擦转矩如图13所示地降低。因此，即使低驱动电流施加到主轴马达100，它也能以恒定速度旋转，这导致PWM占空比(duty ratio)的降低。

图15图示了处于下落状态的主轴马达100的另外三种具体示例，其中每一个主轴马达在一个不同的空间取向。图15的示例(a)显示了以水平取向下落的主轴马达100，如上所述。图15的示例(c)显示了以垂直取向下落的主轴马达100，该垂直取向是静止本体110的底表面118基本与地面垂直的方向。图15的示例(b)显示了以水平取向和垂直取向之间的倾斜取向下落的主轴马达100。示例(b)中所示的特定取向使当主轴马达100下落时静止本体110的底表面118定向为与地面呈45度。术语“倾斜取向”将在此使用以涉及该特殊的示例。

图15中，每个箭头G表示关于下落的HDD的重力的直牵引力。为了说明目的，进一步假定为当HDD具有特定的方向时，主轴马达100同样具有该方向，反之亦然。根据本发明的实施例，HDD中的系统变量被测定以检测下落状态。对于每一个用于检测HDD下落状态的系统变量，当HDD处于下落状态时发生的系统变量的变化将根据HDD的取向而不同，如以下另外详细地描述的。

当主轴马达100具有水平取向，但是未下落时，下部推力轴承153b支撑旋转本体120的重量(参见例如图2A)。当HDD开始以水平取向下落时，由旋转本体120施加在下部推力轴承153b上的重力被消除。因此，旋转本体120和静止本体110之间分开的距离(即飞行高度)增大。因此，HDD的自由下落状态可以通过检测旋转本体120在飞行高度上的实质性变化而进行检测。

在图2B所示的实施例中，飞行高度的实质性变化可以利用飞行高度传感器102实时检测。图16A到16C图示了根据图15的三种示例性取向的检测到的飞行高度的变化。图16A到16C中所示的飞行高度的变化的性质在表1中进一步描述。角θ_x表示主轴马达100的底表面118和基本平行于地面的水平面之间的角度。当HDD水平取向下落时，θ_x＝0°；当HDD垂直取向下落时，θ_x＝90°；以及当HDD倾斜取向下落时，θ_x＝45°。

表1

下落取向	下落前	下落开始后	飞行高度变化
				θx＝0°	10.61(μm)	12.18(μm)	12.9％
θx＝45°	11.05(μm)	12.18(μm)	9.3％
				θx＝90°	12.18(μm)	12.18(μm)	0.0％

更重要的，当主轴马达100静止以倾斜取向时，下部推力轴承153b和轴颈轴承151都支撑旋转本体120的重量(参见例如图2B)。由每一轴承所支撑的旋转本体120重量的比例将根据角度θ_x变化。例如，当主轴马达100静止在45°的倾斜取向上时，下部推力轴承153b和轴颈轴承151相等地支撑旋转本体120的重量，因此仅仅该重量的部分施加到下部推力轴承153b上，下部推力轴承153b的反作用力仅仅反作用(即支撑)部分重量而不是全部重量，当主轴马达100静止在水平取向时全部重量施加于下部推力轴承153b上。因此，尽管当主轴马达100以倾斜取向下落时旋转本体120的飞行高度发生改变，如表1中所示，然而当主轴马达100以倾斜取向首先静止之后以倾斜取向下落时，飞行高度的变化将小于当主轴马达100在水平取向上静止之后以水平取向下落时飞行高度的变化。也就是说，与主轴马达100以倾斜取向静止相比，当主轴马达100以水平取向静止时，旋转本体120的重量的更大部分施加于下部推力轴承153b。因此，在主轴马达100开始下落后的一刻，当旋转本体120(或其部分)的重量不再施加于下部推力轴承153b上时，与以水平取向下落时相比，主轴马达100以倾斜取向下落时较少的重量从下部推力轴承153b上消除。因此，与水平取向下落相比，主轴马达100以倾斜取向下落时飞行高度将发生较小的变化。

图17A到17C分别显示了在包括主轴马达100的HDD开始下落之前和之后主轴马达100的旋转速度。当HDD以水平取向下落时，由支撑旋转本体120重量的下部推力轴承153b施加的摩擦转矩(friction torque)在HDD开始下落时降低。因此，当HDD开始下落时，主轴马达100的旋转速度增大(参见例如，图17A中，时间＝0.3418秒)。

相反地，当HDD以垂直取向下落时，在HDD开始下落之前和之后，主轴马达100的旋转速度都保持在大致相同。该结果起因于无论HDD是否下落由推力轴承在该取向上施加的摩擦转矩都大致相同。

当HDD以倾斜取向下落，旋转速度发生变化，但是该变化小于当HDD以水平取向下落时发生的变化。在HDD自由下落状态期间发生的主轴马达100的旋转速度的变化可以通过HDD内的反馈控制环路300检测。(参见图23A，之后描述)。反馈控制环路300适于降低向主轴马达100提供的驱动电流，因而通过例如较低的驱动信号PWM占空比将主轴马达100返回到所定义的旋转速度。

如图2C中图示的实施例中所示，旋转速度传感器106可以与主轴马达100多样地相连以实时测定主轴马达100的旋转速度。参照图23C的力矩，根据本发明的实施例，监视器200可以适于测定主轴马达100的旋转速度Ω并当监视器200确定HDD处于自由下落状态中时生成相应的自由下落信号。监视器200可以参考所测定的旋转速度的明显(例如，在所定义的阈值之上)增大而确定HDD处于自由下落状态。

图18A到18C显示了关于三种示例性的自由下落取向提供给主轴马达100的驱动信号的PWM占空比。参照图18A到18C，当HDD以水平取向或倾斜取向下落时，PWM占空比降低。在这些情形的每一个中，当驱动装置下落时主轴马达100的旋转速度增大。特别地，当HDD以水平取向下落时，PWM占空比降低大约0.62％，以示例性的倾斜取向，PWM占空比降低大约0.44％。

旋转本体120的静止偏心距(static eccentricity)是旋转本体120的中心和静止本体110的中心之间的径向距离。如图2A中所示，旋转本体120的轴121置于静止本体110的轴套117中。此外，因为轴121与轴套117分离，所以旋转本体120的中心可能不同于静止本体110的中心。另外，轴颈轴承151置于旋转本体120和轴套117间的空间内。当旋转本体120的中心置于静止本体110的中心处时，轴套117和轴121置于轴套117内的部分之间的作为设置轴颈轴承151的空间在轴121的置于轴套117内的部分的外表面周围相对一致。

当包括主轴马达100的HDD具有静止的垂直取向时，轴颈轴承151支撑旋转本体120的重量，施加于轴颈轴承151的旋转本体120的重量可能导致旋转本体120具有静止偏心距。然而，在HDD开始以垂直取向下落后的某个时间点上，旋转本体120的重量不再施加于轴颈轴承151，因此旋转本体120将不再具有静止偏心距。因此，通过测量旋转本体120的静止偏心距的变化而能够检测何时HDD以垂直取向下落，而不用检测旋转本体120的飞行高度的变化。

图19A到19C分别是包括主轴马达100的HDD以每个示例性的取向开始下落之前和之后旋转本体120中心的移动的曲线图。在水平取向，旋转本体120的中心绕着以大约原点为中心的圆移动，在下落之前和之后旋转本体120的路径几乎没有改变，如图19A中所示。

图19C图示了包括主轴马达100的HDD开始以垂直取向下落之前和之后旋转本体120的中心的路径。图19C的圆形路径C1显示了当HDD具有垂直取向并在HDD已经开始下落之前时，包括主轴马达100的HDD中的旋转本体120的中心的移动。当HDD具有垂直取向并在HDD开始下落之前时，轴颈轴承151支撑旋转本体120的重量，因此轴颈轴承151受到旋转本体120的重量的压力，导致旋转本体120的中心变为偏心，如圆形路径C1所示。也就是说，旋转本体120的中心沿着圆心大约在点(x，y)＝(35nm，-20nm)的圆形路径C1移动。如图19C中所示，HDD开始在点F处下落。HDD开始下落后，施加于轴颈轴承151的旋转本体120的重量导致的轴颈轴承151的变形被消除，因此旋转本体120的中心将不再是偏心的，但是在开始下落后的时间点，旋转本体120的中心将开始沿着圆心大约在原点处的圆形路径C2移动，如图19C中所示。

图19C图示了包括主轴马达100的HDD开始以倾斜取向下落之前和之后旋转本体120的中心的路径，其中旋转本体120正在旋转。如图19C中所示，在HDD下落前，旋转本体120的中心沿着圆形路径C1移动，该圆形路径C1是偏心的且圆心大约在图19C中的曲线的点(x，y)＝(30nm，-15nm)上。在图19C的曲线中的点F处HDD开始下落。在HDD开始下落后的时间点，轴颈轴承151不再受到由旋转本体120的重量导致的变形，旋转本体120的中心将开始沿着圆心大约在原点处的圆形路径C2移动，如图19C所示。

因此，静止偏心距可以从下落开始之前和之后旋转本体120的位移中测量，给定上述全部假设关于下落中HDD的取向所测量的静止偏心距的改变在数值上示于表2中。

表2

下落取向	下落前(nm)	下落开始后(nm)
			θx＝0°	0	0
θx＝45°	35	0
			θx＝90°	43	0

图20A到20C显示了在三种示例性取向的每个中在HDD开始下落之前和之后与HDD关联的位置误差信号(PES)的变化。以垂直取向中，在HDD100下落前，旋转本体120的重量施加于轴颈轴承151。然而，HDD开始下落后，旋转本体120的重量不再施加于轴颈轴承151，这导致旋转本体120相对于静止本体110移动。此外，由于旋转本体120相对于静止本体110移动，因此相对于旋转本体120的盘130上的道各自的位置也移动。因此，当HDD开始下落时，读/写头161可从所需的道处升高。

此处，适于校正读/写头161的跟踪误差的位置控制环路400(参见图23A)监视PES从而检测读/写头161和所识别的盘道之间的位置差。当读/写头161由于下落而从目标道升高(或偏离)时，PES出现突然的突变(burst)。如果我们假定相邻道之间的距离分为512个单元(即计数(counts))，则当HDD以垂直取向下落时，PES中突变的上峰值和下峰值之间(即突变信号的下限峰值和上限峰值之间)的范围测量为在大约16个单元，当HDD以倾斜取向下落时，大约9个单元。然而，位置误差的实际范围受到应用于位置控制环路400的控制器的增益和控制分辨能力的影响。为了校正由下落导致的位置误差并将读/写头返回至目标道，位置控制环路400将受控驱动信号DRA施加到VCM 169以移动读/写头161(参见图23A)。

参照图23C的力矩，根据本发明的实施例，位置误差传感器168适于实时测量读/写头161和目标道T之间的位置误差并生成相应的PES。监视器200适于监视PES并当它确定HDD处于自由下落状态中时生成自由下落信号。监视器200还适于实时监视PES，并且当PES表现出例如通过PES中突发的上峰值和下峰值之间的差值的绝对值定义的相对于阈值的突变时，确定HDD处于自由下落状态。此外，中央控制器220适于响应于自由下落信号启动卸载和停放操作以保护读/写头161。

VCM 169可以使用电流驱动方法而被驱动，其中输入电流施加到VCM169作为受控驱动信号。供选地，可以使用电压驱动方法，其中应用到VCM169的受控驱动信号是输入电压。

图21A到21C显示了作为受控驱动信号提供给VCM 169的输入电流的变化。为了校正当HDD以垂直取向或倾斜取向下落时出现的位置误差，用于VCM 169的驱动信号在HDD开始下落后立即改变相对较大的量。当HDD以垂直取向下落时，输入电流改变(在事件附近)大约0.51％，并且当HDD以示例性的倾斜取向下落时，输入电流改变大约0.36％。然后，HDD开始下落的一段时间之后，输入电流返回到具有周期性小幅振荡的稳态条件。然而，当HDD以水平取向下落时，驱动信号不发生改变。由于当HDD以水平取向下落时，在读/写头161和目标道T之间不出现误差，因此即使当HDD下落时输入电流也保持在周期性小幅振荡的稳态条件。

再次参照图23A，根据本发明的实施例，监视器200适于实时测量输入电流，因而当输入电流中的瞬时百分率的改变超过所定义的阈值时确定HDD处于自由下落状态。

图22A到22C显示了作为受控驱动信号提供给VCM 169的输入电压的变化。如同上述的输入电流，当HDD以垂直取向或倾斜取向下落时可以检测输入电压的瞬时变化。如同当使用输入电流作为受控信号时，当HDD以垂直取向下落时，输入电压改变(在事件附近)大约0.51％，当HDD以倾斜取向下落时，输入电压改变大约0.36％。参照图23A，根据本发明的实施例，监视器200适于实时测量输入电压，并且当输入电压中的瞬时百分率改变超过所定义的阈值时确定HDD处于自由下落状态。

从前述可见，适于有效地检测HDD的自由下落状态的系统变量根据HDD的下落前和下落取向而变化。表3显示了，对于至今为止所描述的每一个示例性的取向，可以用于有效地确定HDD是否关于每一个取向处于自由下落状态的变量或变量组合。

表3

	主轴马达信号	致动器信号(即VCM信号)	自由下落(主轴马达信号+致动器信号)
				PWM占空比	TMR信号或VCM信号
	水平取向	100％				0％	100％
倾斜取向			50％	50％	100％
	垂直取向	0％				100％	100％

如表3中所示，在水平取向，可以使用关于主轴马达100得到的信号例如PWM占空比很容易地检测自由下落。例如，当HDD以水平取向下落时，可以通过实时监视PWM占空比并检测占空比相对于所定义的阈值的变化检测自由下落。

在垂直取向，可以使用关于致动器得到的信号(例如头和目标道之间的位置误差信号(TMR信号)或VCM的输入信号(VCM输入))很容易地检测自由下落。

然而，不同于水平取向或垂直取向，当HDD以倾斜取向下落时，不能单独使用从主轴马达得到的信号或从致动器得到的信号来精确地检测自由下落状态。可以通过测量从主轴马达得到的信号和从致动器马达得到的信号两者并监视这两个信号中每一个的变化而检测处于倾斜取向的自由下落状态。例如当HDD以倾斜取向下落时，可以通过相对于所定义的阈值的主轴马达信号变化的瞬时率以及致动器信号变化的瞬时率的组合检测而检测自由下落。可以通过例如将从主轴马达得到的信号和从致动器得到的信号使用适当的权重系数相加而解释这两个变量的单一组合信号。因此，从主轴马达得到的信号和从致动器得到的信号可以被测量并且用于精确地检测HDD的自由下落状态而无论其方向。

现在将描述根据本发明的实施例的用于HDD中检测自由下落并保护其读/写头免于撞击相关盘的示例性方法。图23A是示意性地图示根据本发明的实施例的HDD的方框图。该HDD适于检测自由下落状态并且在撞击前安全地卸载和停放读/写头161。除了读/写头161，HDD还包括盘130、主轴马达100和致动器160。HDD进一步包括适于测量向主轴马达100提供的输入信号并检测自由下落状态的监视器200、以及适于根据监视器200生成的输出信号来操作应急电源(emergency power supply)210以启动读/写头161保护操作(即卸载和/或停放读/写头-此后简单地称为“卸载/停放操作”)的中央控制器220。

反馈控制环路300实时控制主轴马达100并保持其旋转速度。反馈控制环路300包括反馈控制线“L”、中央控制器220、信号线280及旋转速度传感器106。反馈控制环路300生成对应于主轴马达100的标准旋转速度Ω_ref和所测量的旋转速度Ω之间的差值的误差信号“e”。误差信号“e”随后转换(例如通过比例积分控制器)为具有校正的PWM占空比的新的驱动信号DRM，并且将新的驱动信号DRM提供给主轴马达100。通过计数主轴马达100每一次旋转期间内生成的时钟脉冲的数目(即每单位旋转一个)、通过检测由主轴马达100生成的反向电动势(EMF)或者通过测量主轴马达100的旋转相位而测量主轴马达100的旋转速度Ω。

监视器200根据从比例积分控制器输出的驱动信号DRM确定HDD是否处于自由下落状态。参照图23A，根据本发明的实施例，监视器200实时测量驱动信号DRM并且检测驱动信号的PWM占空比的变化。当PWM占空比瞬时地下落到之前由系统建立的临界比率之下时，监视器200确定HDD处于自由下落并生成相应的自由下落信号。

根据本发明的另一个实施例，监视器200可以实时测量主轴马达100的驱动信号DRM，测量VCM的受控驱动信号，并当监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号。此外，监视器200可以适于在主轴马达驱动信号的瞬时变化(可以被测量为在定义的时间周期内的百分率变化)超过第一预定的阈值、VCM受控驱动信号的瞬时变化超过第二预定的阈值或者通过组合这些检测到的瞬时变化而计算得出的值超过第三阈预定的阈值时确定HDD处于自由下落状态。

当从监视器200接收到自由下落信号时，中央控制器220输出紧急卸载和/或停放信号。该功能可以使用由应急电源210所提供的功率而执行。例如，响应于紧急停放信号，应急电源210可以向致动器160提供最大可能的操作电流(即最大可用功率)以在从自由下落导致的预期撞击之前将读/写头161快速地停放到安全的停放位置。此处所用的“安全停放位置”是指当读/写头置于该位置时，在相应的HDD承受外部撞击时读/写头不会与盘碰撞的任何位置。

一旦接收到紧急卸载和/或停放信号的指示，读/写头161停止任何正在进行的读/写操作并迅速地被卸载到盘130的圆周外的停放斜面170上。传统的理解中，HDD停放系统可以分为斜面系统(ramp system)和接触起停(contact start stop：CSS)系统。在斜面系统中，读/写头161停放在置于盘130的外边缘的停放斜面170上。在CSS系统中，读/写头161停放在置于盘130的内边缘上的停放区中。

图24是接收到自由下落状态的指示时在HDD中生成的各种相关内部信号的时序图。图24(a)中所示的信号曲线图示了HDD在重力方向(即z方向)上在时间t＝t₀开始的示例性位移。图24(b)图示了主轴马达100的驱动信号，其中当HDD在时间t＝t₀开始下落时PWM占空比突然下降。驱动信号的该突然的瞬时改变由监视器200实时检测。当通过将PWM占空比的变化与之前定义的临界比率相比较而检测到HDD的自由下落状态时，监视器200立即生成自由下落信号，如图24(c)中所示。监视器200向中央控制器220提供自由下落信号。然后，如图24(d)中所示，中央控制器220向应急电源210输出紧急停放信号。应急电源210随后向致动器160施加最大的可用输出电流。图24(e)图示了读/写头161的位置。初始地，读/写头161沿置于盘130的内边界(ID)和外边界(OD)之间的目标道“T”进行读/写操作。然而，当检测到HDD的自由下落状态时，读/写头161通过致动器160的操作迅速地被停放在置于盘130的外圆周外部的斜面170上(即外边界OD的外侧)。如图24(e)中所示，在t＝t₁，读/写头161已经停放在斜面170上。

图23A的示例性HDD引入了监视应用于主轴马达100的输入信号并通过检测输入信号的瞬时变化确定HDD是否处于自由下落状态的控制方法。然而，HDD是否处于自由下落状态可以供选地通过监视旋转本体120相对于静止本体110的飞行告诉而确定。例如，参照图2B和23B，传统设计的飞行高度传感器102适于实时测量旋转本体120的飞行高度。在一个实施例中，飞行高度传感器102可以关联于基座部件111(即静止本体110)。飞行高度传感器102可以适于将所测量的飞行高度输出为电信号HFLY并将其提供至监视器200。此外，监视器200可以适于监视所测量的飞行高度，并通过检测所测量的飞行高度关于所定义的阈值的明显增大而确定HDD处于自由下落状态。同样地，监视器200可以进一步适于当HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号。

此外，参照图2B和23B，主轴马达100可以额外地关联于适于实时测量旋转本体120的静止偏心距的静止偏心距传感器104。监视器200可以连接于静止偏心距传感器104并配置为使用静止偏心距传感器104监视所测量的静止偏心距。此外，监视器200可以适于通过检测所测量的静止偏心距关于所定义的阈值的变化(例如，减小)而确定HDD处于自由下落状态。图23B中的信号线230概念地图示了静止偏心距传感器104和监视器200之间的连接。

为了高精度地检测HDD的自由下落而无论取向，需要监视从主轴马达得到的信号和从致动器得到的信号两者并且使用其组合来检测自由下落，如参照表3的上述描述。再次参照图23A，在位置控制环路400的实时控制下致动器160在盘130上移动读/写头161。例如，位置控制环路400可以适于使用位置误差传感器168生成对应于目标道“T”和读/写头161的实际位置之间的位置差的位置误差信号PES。在位置控制环路400内，控制器220可以适于根据位置误差信号PES将受控驱动信号DRA施加到致动器160。致动器160的受控驱动信号DRA由监视器200实时监视。此外，致动器160的受控驱动信号DRA和用于主轴马达100的驱动信号DRM可以由监视器200同时监视，从而HDD可以精确地确定HDD进入自由下落状态的时刻，无论其下落方向如何。相应于该确定结果，HDD可以启动操作以保护读/写头161。在图示的示例中，位置控制环路400包括位置控制线P、中央控制器220、位置误差传感器168、致动器160和适于将受控驱动信号DRA提供给致动器160的信号线270。

根据本发明的实施例，HDD适于检测HDD何时下落，然后在撞击之前将读/写头停放在安全的停放位置，从而相对来说HDD将耐撞击并且因而适于使用在移动环境中。此外，不同于传统的HDD，根据本发明的实施例的HDD适于无需使用加速度传感器而检测HDD何时下落。更确切地，根据本发明的实施例的HDD适于通过监视从HDD的机械和电学变量中选取的系统变量的变化而检测它何时下落，这使得根据本发明的实施例的HDD特别适于移动产品，因为它无需加速度传感器。

以上提到的各种阈值的定义和修改被认为是落入所属领域的公知技术。这些值将根据设计和使用而改变，并在很多实例中使用经验数据或跟踪和误差来定义。

虽然已经在此处描述了本发明的实施例，然而所属领域普通技术人员可以对实施例做出不脱离由后附的权利要求书所定义的本发明的范围的各种形式和细节上的变化。

Claims (26)

1、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，包括旋转本体并用于旋转盘；

致动器，用于将读/写头移动至所述盘上所需的位置；

飞行高度传感器，用于实时测量与所述旋转本体相关的飞行高度；

监视器，用于监视所测量的飞行高度并当所述监视器确定所述HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动卸载/停放操作。

2、根据权利要求1所述的HDD，其中：

所述主轴马达还包括基座部件；

所述飞行高度传感器与所述基座部件关联；以及，

所述飞行高度传感器用于关于所述基座部件测量所述旋转本体的所述飞行高度并将所测量的飞行高度作为电信号输出。

3、根据权利要求1所述的HDD，其中当所测量的飞行高度超过所定义的阈值时，所述监视器确定HDD处于自由下落状态。

4、根据权利要求1所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述紧急停放信号向所述致动器提供最大可用功率。

5、根据权利要求1所述的HDD，还包括静止偏心距传感器，用于实时测量与所述旋转本体有关的静止偏心距；

其中所述监视器还用于监视所测量的静止偏心距。

6、根据权利要求5所述的HDD，其中所述监视器用于在检测到所述旋转本体的所测量的飞行高度相对于第一阈值的变化、所测量的静止偏心距相对于第二阈值的变化、或所计算的值相对于第三阈值的变化时，确定所述HDD处于自由下落状态，其中所计算的值关于所测量的飞行高度和所测量的静止偏心距而得到。

7、根据权利要求5所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述紧急停放信号向所述致动器提供最大可用功率。

8、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，用于旋转盘；

改动器，用于在所述盘上移动读/写头；

旋转速度传感器，用于实时测量所述主轴马达的旋转速度；

监视器，用于监视所测量的旋转速度并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号启动卸载/停放操作。

9、根据权利要求8所述的HDD，其中当所测量的旋转速度的变化超过所定义的阈值时，所述监视器确定所述HDD处于自由下落状态。

10、根据权利要求8所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述自由下落信号向所述致动器提供最大可用功率。

11、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，用于以所定义的旋转速度旋转盘；

反馈控制环路，用于使用提供给所述主轴马达的驱动信号实时控制所述旋转速度；

致动器，用于在所述盘上移动读/写头；

旋转速度传感器，用于实时测量主轴马达的旋转速度；

监视器，用于监视所述驱动信号并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动卸载/停放操作。

12、根据权利要求11所述的HDD，其中所述监视器用于监视所述驱动信号的脉宽调制PWM占空比，并且基于所述PWM占空比相对于所定义的阈值的变化确定HDD处于自由下落状态。

13、根据权利要求11所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述自由下落信号向所述致动器提供最大可用功率。

14、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，包括旋转本体和用于支撑所述旋转本体的静止本体，其中所述主轴马达用于旋转盘；

致动器，用于在所述盘上移动读/写头；

静止偏心距传感器，用于测量关于所述旋转本体的静止偏心距；

监视器，用于监视所测量的静止偏心距并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动卸载/停放操作。

15、根据权利要求14所述的HDD，其中所述监视器用于实时监视所述静止偏心距，并且当所述静止偏心距的变化超过所定义的阈值时确定HDD处于自由下落状态。

16、根据权利要求14所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述自由下落信号向所述致动器提供最大可用功率。

17、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，用于旋转包括目标道的盘；

致动器，用于围绕枢轴移动读/写头从而在所述目标道之上定位所述读/写头；

位置误差传感器，用于实时测量所述读/写头的实际位置和所述目标道之间的位置误差，并进一步用于生成位置误差信号；

监视器，用于监视所述位置误差信号并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动所述卸载/停放操作。

18、根据权利要求17所述的HDD，其中：

所述监视器还用于实时监视所述位置误差信号，并且当位置误差信号出现突变时确定HDD处于自由下落状态，其中突变相对于所述位置误差信号中的上峰值和下峰值之间的差的绝对值而定义。

19、根据权利要求17所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述紧急停放信号向所述致动器提供最大可用功率。

20、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，用于旋转盘；

音圈马达(VCM)，用于向致动器提供旋转驱动功率，所述致动器用于在所述盘之上移动读/写头；

位置控制环路，用于向VCM提供受控驱动信号，从而使得所述读/写头跟踪所述盘上的目标道；

监视器，用于实时监视向所述VCM提供的所述受控驱动信号并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动卸载/停放操作。

21、根据权利要求20所述的HDD，其中：

所述监视器进一步用于根据检测到的受控驱动信号相对于定义的阈值的瞬时变化确定HDD处于自由下落状态。

22、根据权利要求20所述的HDD，其中所述受控驱动信号是提供给VCM的输入电流。

23、根据权利要求20所述的HDD，其中受控驱动信号是提供给VCM的输入电压。

24、根据权利要求20所述的HDD，还包括应急电源，其中：

所述中央控制器用于通过向所述应急电源提供紧急停放信号而响应于所述自由下落信号启动所述卸载/停放操作；以及，

所述应急电源用于响应于所述自由下落信号向所述致动器提供最大可用功率。

25、一种硬盘驱动器(HDD)，包括：

主轴马达，用于以根据反馈控制环路所提供的驱动信号实时控制的旋转速度旋转盘；

音圈马达(VCM)，用于向在所述盘之上移动读/写头的致动器提供旋转驱动功率，

位置控制环路，用于向所述VCM提供受控驱动信号，从而使得所述读/写头跟踪所述盘上的目标道；

监视器，用于实时监视所述驱动信号和所述受控驱动信号并当所述监视器确定HDD处于自由下落状态时生成自由下落信号；以及，

中央控制器，用于响应于所述自由下落信号对所述读/写头启动卸载/停放操作。

26、根据权利要求25所述的HDD，其中所述监视器用于在如下情形发生时确定HDD处于自由下落状态：

所述驱动信号的所检测的瞬时变化超过第一阈值；

所述受控驱动信号的所检测的瞬时变化超过第二阈值；或者

由所述驱动信号和所述受控驱动信号的所检测的瞬时变化所计算的值超过第三阈值。

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