CN1107943C - 改进的旋转磁盘驱动致动器 - Google Patents

Abstract

一种磁盘驱动器的致动器包括：一由刚性件形成的致动器块，具有一升高的范围并包括沿与该范围垂直的一纵轴线延伸的一致动器臂，该致动器臂支撑一磁头，该升高范围平行对准于致动器块的转动轴线；以及，一线圈部件，它配合于致动器块，并适于在一磁场里工作以形成一音圈电动机，该线圈部件的特点在于多个卷绕的线圈，这些线圈由致动器块支撑在间隔开的诸高度上，并具有其彼此重叠的诸线圈的一部分，使为音圈电动机减小操作范围。该磁盘驱动器的致动器的特点在于，其尺寸大小适于在一磁盘驱动器中组装，包括诸磁铁部件，在这些磁铁部件之间有空气隙，诸磁铁部件在间隔开的诸高度上连接于磁盘驱动器的一底架，并与诸线圈对准，以便音圈电动机的工作。

Description

改进的旋转磁盘驱动致动器

技术领域

本发明涉及一种旋转型开动的磁盘驱动器，特别是涉及一种磁盘驱动器的改进的旋转致动器部件。

背景技术

旋转型磁盘驱动器为人熟知，该装置包括转动连接于一磁盘驱动器底架的一致动器块，用于相对于磁盘表面的诸被选择的数据磁道支撑多个磁头。旋转致动器通过一操作连接于致动器块的音圈电动机工作。通常，该音圈电动机包括一连接于致动器块的音圈和一连接于磁盘驱动器底架的磁铁与护铁(backiron)结构，用于提供该音圈电动机工作所需的永久磁场。电流送给音圈的线圈，以使音圈电动机在电磁铁与护铁结构形成的磁场中运动。

致动器块通过一轴承座以一种已知的方式转动连接于底架。音圈电动机的工作是通过磁盘驱动器的控制电路控制的。电流送到该音圈电动机以转动致动器块，以便相对于诸选择的数据轨迹布置诸磁头。磁盘驱动器表面密度提高了，以致要求通过音圈电动机的工作精确地布置磁头。此外，曾致力于提供较快的搜索时间，以便检查数据定位诸磁头。一致动器的结构动力学限制了伺服带宽，如此，限制了对外部干扰的排斥，并使在搜索调整和磁道跟踪方式期间磁头布置被破坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种致动器部件，该部件能支撑高的伺服带宽，以便改善搜索时间和磁道跟踪能力。

为了实现上述目的，按照本发明，一种磁盘驱动器的致动器包括：一致动器块，它由一刚性件形成，具有一升高的范围并包括沿与该升高的范围垂直的一纵轴线延伸的一致动器臂，该致动器臂适于支撑一磁头，该升高范围平行对准于致动器块的转动轴线；以及，一线圈部件，它配合于致动器块，并适于在一磁场里工作，以形成一音圈电动机，该线圈部件的特点在于多个卷绕的线圈，这些线圈由致动器块支撑在间隔开的诸高度上，并具有其彼此重叠的被间隔开的诸线圈的一部分，以此为音圈电动机减小操作范围。该磁盘驱动器的致动器的特点在于，该致动器的尺寸大小适于在一磁盘驱动器中组装，包括诸磁铁部件，在这些磁铁部件之间有空气隙，诸所述磁铁部件在间隔开的诸高度上连接于该磁盘驱动器的一底架，并与诸线圈对准，以便音圈电动机的工作。

附图说明

图1是图示一旋转致动器的磁盘驱动器的立体图；

图2是已有技术的一旋转致动器的立体图；

图3是一音圈电动机的磁铁与护铁部件的示意图；

图4是已有技术的一旋转致动器的顶视图；

图5是本发明的一旋转致动器的一实施例的立体图；

图6是包含图5的旋转致动器的一磁盘驱动器的顶视图；

图7是沿着图6中的线“7-7”的剖面图；

图8是图5的致动器的顶视图，图示出由流经诸线圈的一音圈电动机工作所需的电流产生的诸分力；

图9示出了一L-R电路；

图10是电流的图解说明，该电流是图9的L-R电路的时间函数。

具体实施方式

本发明涉及一种用于磁头布置的改进的致动器部件。本发明用于如图1所示的一种旋转型磁盘驱动器。如图所示，磁盘驱动器50包括面板52、磁盘54和致动器部件56。诸磁盘54通过一主轴电动机(未图示)转动地连接于面板52以可转动(如图中用箭头58表示的)。致动器部件56转动地支撑诸磁头60，这些磁头用于将数据写到诸磁盘54上和从诸磁盘读出数据。致动器部件包括致动器块62和音圈电动机(音圈电动机)64。如图所示，致动器块62转动连接于面板52。致动器块62包括多个致动器臂66(在图1中只表示出一个)，以相对于磁盘表面支撑诸磁头60。致动器块沿着由箭头68所示的方向转动，以沿着一弧形路线移动诸磁头60，以便相对于一磁盘的54的诸数据磁道布置诸磁头。致动器块62的移动是由音圈电动机64控制的，该电动机连接于磁盘驱动器的控制电路。

图2和3表示了已有技术的一传统的致动器块62-1的一实施例。如图所示，致动器块62-1包括主体部分70，该部分包括一轴承孔72。轴承座73延伸通过轴承孔72，以相对于磁盘驱动器的面板52转动地连接于致动器块62-1。如此，该轴承座73限定了致动器块的转动或枢转轴线74。主体部分70包括刚性轭铁76、78，这两轭铁是从主体部分70沿径向延伸出而形成的。一卷绕的线圈80连接于轭铁76、78。该线圈80形成为音圈电动机64的一部分，这将在下面描述。诸磁头60携带了诸传感器元件(未图示)，并连接于驱动器的电路，以便阅读和写作操作。

如图所示，诸致动器臂66的纵向延伸部沿着一纵轴线86与旋转轴线74对准。横轴线88垂直于该纵轴线86延伸。为说明方便起见，将纵轴线86称作为“X”轴线，将横轴线88称作为“Y”轴线。致动器块62-1的高度或位高90重合于Z轴线。当该致动器块62-1围绕轴线74转动时，诸磁头60沿着相对于诸选择的数据磁道的一弧形路线相对于纵轴线沿横向移动。

线圈80被支撑在径向的轭铁76和78之间，并大致被卷绕成一扁平的陷饼状的梯形轮廓。该梯形轮廓包括倾斜的有效线圈分支100和102，该两分支相对于X和Y轴线以一斜角沿径向朝外延伸，以连接在横向分支104和106的相对的端部之间。使线圈80与图1中所示的一磁铁与护铁件110配合，以形成一即将予以说明的音圈电动机64的转子，以围绕该枢转点转动致动器块62-1。

图3是磁铁与护铁部件110的一实施例的横剖面图，该部件提供一永久磁通场，以使音圈电动机64操作。如图所示，部件10包括诸间隔开的护铁112和114，它俩通过两隔板116被间隔支撑住。护铁112和114包括与它们连接的诸永久磁铁。如图所示，护铁112支撑磁铁118-1、118-2，护铁114支撑磁铁119-1、119-2。磁铁118-1、118-2和119-1、119-2分别合作形成由护铁112、114支撑的两极承载的磁铁部件。尽管图上表示了多块磁铁118-1、118-2和119-1、119-2，可形成一单个双极承载的磁铁的另一可替代的磁铁部件。磁铁118-1、118-2和119-1、119-2之间的间隔关系形成空气隙120。线圈80(即有效线圈分支100、102)(见图4)伸入空气隙120内并在其中工作。

诸磁铁产生了一永久磁场，这磁场通过护铁112、114和隔板116，并会聚通过空气隙120。箭头122、123、124表示出该磁路的磁通路径。电流供给线圈80以便音圈电动机工作。在磁通路径里校准分支100和102，以在分支100、102上产生符合下述方程式的作用力：

       F＝iln×B                               方程式1

式中：F—产生的作用力；

      i—流过线圈的电流；

      l—线圈的分支100、102的有效长度；

      B—磁场；以及

      n—线圈中的线圈圈数该作用力使致动器块62-1围绕转动轴线74或枢转点转动。其转动方向取决于电流方向和磁通场的方向。

如图4所示，产生的力F大致沿一随磁通路径和电流的方向不同而变化的方向垂直于每个线圈分支。如图所示，F₁是作用在分支100上的力。F₂是作用在分支102上的力。如图所示，在分支100、102上产生的力F₁和F₂有一分力F_X和一分力F_Y，以使磁头60沿着一由箭头126所示的弧形路径移动，以便相对于所选择的数据磁道布置磁头60。在分支100、102上产生的分力F_X提供一“在磁道上(On-track)”力，以转动致动器块62-1。“在磁道上”力指的是一沿着纵轴线86的力，它大致垂直于如图中箭头126所示的、磁头60的运动方向。在分支100、102上的“在磁道上”力被平衡，或指向相反方向，这将在下面说明。

F_Y分力是一“离开磁道的(off-track)”力。离开磁道的力指的是沿着诸磁头的运动轴线沿箭头126方向的力。在分支100、102上的“离开磁道的”力是相加的，对此将说明。如图所示，F_X1、F_X2和F_Y1和F_Y2提供了音圈电动机64的操作所需的扭矩，以转动致动器块62-1。产生的扭矩遵守下面方程式：

T＝F_Y1(dX)+F_Y2(dX)+F_X1(dy)+F_X2(dy)        方程式2

式中：F_X1、F_X2、F_Y1、F_Y2是在线圈分支100、102中产生的诸分力；

      dx是从枢转点到线圈分支100、102的在磁道上的轴向距离，限定

      了F_Y力矩臂；以及

      dy是从枢转点到线圈分支100、102的离开磁道轴线的距离，限定

      F_X力矩臂。

F_X和F_Y(即在磁道力和离开磁道的力)激励致动器块62-1，后者又激励其刚性体共振。施于致动器块62-1的F_X和F_Y激励由下式决定：

F_X分力等于：

F_X＝F_X1+F_X2                               方程式3

由于F_X1与F_X2的指向相反：F_X＝F_X1+(-F_X2)

或F_X＝0                                     方程式3

F_Y分力等于：

F_Y＝F_Y1+F_Y2                               方程式4

由于F_Y1与F_y2的指向相同，F_Y分力是相加的。该相加的F_Y分力引入了一较大的离开磁道的力。该大的“离开磁道的”力激励刚体共振或“离开磁道”共振，增长了致动器块62-1和诸磁头60的寻找调整时间。尤其是，该致动器部件(致动器块62-1、轴承座73)是一刚性体，因为该致动器的质量和诸支撑轴承的弹性常数，在被外力激励时，该刚性体发生共振或振动。沿着离开磁道方向(即平行于箭头126)的大的激励或共振限制了寻找调整时间和伺服带宽。

为了补偿离开轴线的力，可提高轴承刚度；但是，提高了的轴承刚度导致偏置或磁滞增大，这破坏了在磁道上的调整。另外，由于空间的限制，不能显著提高刚度。本发明涉及一种致动器部件，该部件减小离开磁道的力，以减少对刚性体共振的激励，同时能保持所需的扭矩输出，以供致动器块的工作。本发明的致动器部件减少了离开磁道激励，以改善寻找调整时间，在对于一磁盘驱动器的诸一定形式的因素范围之内，并提供一所需的磁头行程和摆臂长度，这将在此后要说明。

图5表示了本发明的一致动器部件的实施例，它包括致动器块62-2，其中所采用的相同编号代替前面数图中的相同零件。如图所示，致动器块62-2包括复合线圈130、132，它们形成音圈电动机64的转子。线圈130、132用于限制离开磁道的力Fy而不会损失施加的扭矩，以便在增大带宽的情况下减少致动器刚性体共振的发生。如图所示，线圈130包括呈一较扁平卷绕的线环形式的两间隔开的有效线圈分支134和136；线圈132包括沿呈较扁平的卷绕的线环形式的两间隔开的有效线圈138和140。诸线圈的布线用于如箭头142、144所图示的单向电流流动。

复合线圈130、132相对于主体部分70以间隔叠置关系被支撑在间隔开的不同的Z轴线高度处。特别是，复合线圈130、132通过间隔的上和下托架150、152支撑起来和交错排列，并相对于该线圈部件的一中心轴线交错和对称或镜面对称设置，为该致动器块提供一平衡的重量。线圈部件偏置于纵轴线86，以补偿或平衡操作线路82的重量。如图6所示，致动器块62-2被支撑起以在磁盘驱动器154内工作，其中的相同的编号指的是相同的零件。

线圈130、132与叠置的磁铁与护铁部件156、158校准，以形成永久磁场而形成音圈电动机。图7是沿图6中的“7-7”线剖开的磁铁与护铁部件156、158的横剖面图。如图所示，磁铁与护铁部件156包括通过隔板164支撑的隔开的护铁160、162。护铁160、162分别支撑磁铁166-1、166-2和167-1、167-2，以形成具有相对的磁场170、172的空气隙168。磁铁与护铁部件158包括由隔板178支撑的间隔的护铁174、176。护铁174、176分别支撑磁铁180-1、180-2和181-1、181-2，以形成具有相对的磁场184、186的空气隙182。

磁铁与护铁部件156、158连接于磁盘驱动器154的面板52，并被以叠置关系支撑在不同的Z轴线高度上，相对于纵轴线交错排列，分别使空气隙168、182与线圈130、132对准。如图8所示，线圈130、132的分支134和138相对于纵轴线交错排列(即围绕该线圈部件的一中心轴线成镜象关系)，并沿大致垂直于该纵轴线的方向延伸。磁铁与护铁部件被设置得使具有一类似的电流流动方向的横向分支134、138在指向相反的磁通场里工作，以转动致动器块。线圈分支136、140相对于纵轴线交错排列，具有类似的电流流向的分支136、140在指向相反的磁通场里工作，以如图8所示地使致动器块转动，并符合下列关系，即

T＝F_X1(dy_l)+F_X2(dy₂)+F_X2(dy₂)+F_X3(dy₃)+F_X4(dy₄)

+F_Y1(dx₁)+F_Y2(dx₂)+F_Y3(dx₃)+F_Y4(dx₄)  方程式5

如图所示，有效线圈分支134和138大致垂直于X轴线延伸，线圈分支136、140相对于X-Y轴线倾斜。横向线圈分支134、138提供一很大的F_X或在轴线上分力和一较小F_Y或离开轴线的分力，后面所述的一分力由于音圈电动机工作的结果而施加于致动器块。有效线圈分支136、140提供一F_X或在轴线上分力和一F_Y或离开轴线分力，后面所述的一分力施加于致动器块。

因此，如图所示，F_X分力等于：

F_X＝F_X1+F_X2+F_X3+F_X4                        方程式6

由于F_X1与F_X2和F_X3与F_X4指向相反，

F_X＝0                                          方程式7

F_Y分力等于：

F_Y＝F_Y1+F_Y2+F_Y3+F_Y4                        方程式8

由于F_Y1与F_Y3几乎被消除了，当与如图2所示的已有技术的诸分支相比时，与如图2所示的已有技术的线圈分支相比，F_Y2和F_Y4被明显地减小了。在所示的一实施例中，与图2所示的已有技术的线圈设计相比，整个离开磁道的力被减小了60％。这样，本发明的音圈电动机的离开磁道的力F_Y被减小了，同时保持有所需的扭矩输出，这样，减小了驱动器部件的离开磁道激励。

如上所说明的，本发明的音圈电动机包括诸复合线圈。由于使用了这些复合线圈，为产生单个线圈音圈电动机的扭矩幅值，每个线圈130、132较小，绕线圈数也较少。以串联相结合的较小的复合线圈130、132的总电感比如图2所示的一单个大线圈的还低，这是因为电感正比于： $L\≅n^{2}a$ 方程式9

式中：L-电感；

      n-线圈圈数；以及

      a-被线圈包容的面积。

理论上，如上所述，一个具有大致为一传统的单个线圈音圈电动机的一半圈数和大致为一传统的单个线圈音圈电动机的一半面积的包容面积的复合线圈音圈电动机，它的电感能被描述为： $L{\≅(n/2)}^2(a/2)+(n/2)+{(n/2)}^2(a/2)=n^{2}a/4$ 方程式10

如此，由于一个复合线圈设计的 $L\≅n^{2}a/4$ ，而一传统的单个线圈设计的 $L\≅n^{2}a$ ，故具有传统的单个线圈设计的一半圈数和一半包容面积的诸复合线圈的电感较小。复合线圈的电阻与一单个线圈音圈电动机的大致相同。例如，在如图2所示的一已有技术的一实施例中，线圈圈数为178圈，其电阻为5.7欧姆，电感测得为850毫享。在如图5所示的本发明的一双线圈音圈电动机的一实施例中，总圈数为240，每个线圈的圈数为120圈，该两线圈的合成电感为550毫享，总电阻为6.10欧姆。如此，在已有技术实施例与本发明的该实施例之间，电感大致减小了35％。

如我们将该音圈电路模拟成如图9所示的一个L(电感)-R(电阻)电路，对于施加于该线圈上的一电压，如图10所示的电流曲线可以下式描述，即：

i(t)＝V/R[1-e^-(R/L)t]                            方程式11

式中L/R为定义为该L-R电路的时间常数。时间常数较小，使电流升高较快。最终，改善了诸寻找时间，这是由于扭矩T与电流i成比例的缘故。这样，由于复合线圈的R和L分别相同和小于单个线圈的，故复合线圈音圈电动机的时间常数小于传统的单个线圈。如此，相对于单个线圈设计来说，复合线圈设计的更小时间常数提供了更快的寻找时间。

如图6和7所示，诸复合线圈130、132在空气隙168、182里转动，以将被致动器块62-2支撑的磁头60大致定位在一内径ID190与一外径OD192之间。线圈130、132转动一足够的磁头行程距离，以便使诸磁头布置在IDl90与OD192之间。这复合线圈的X-Y平面的尺寸和诸磁头在ID190与OD192之间的布置所需的X-Y行程面积限定了音圈电动机的操作面积或区域。特别是，如图8所示，致动器块62-2的定位适于磁头60相对于ID190布置。当致动器块62-2转动以使该磁头60相对于OD192布置时，该线圈部件沿着由图中虚的分界线196表示的一方向转动一行程距离。这样，供操作所需的面积包括线圈130、132的X-Y平面的尺寸和到虚分界线196的行程距离。

为了增大可携带的和空间界限减小磁盘驱动器尺寸，如此，减小了音圈电动机的可利用的操作区或面积。较长的致动器臂可用来减少诸线圈的行程距离，以减小该音圈电动机的工作范围，但是，较长的致动器臂降低了共振特性，并增大了致动器块62-2的惯性。在本发明的音圈电动机中，诸个复合线圈被叠置在间隔的若干Z轴线高度上。复合线圈130、132的一部分在X-Y平面里重叠，以减小音圈电动机的X-Y平面操作区尺寸。该重叠关系减小了音圈电动机的操作区或面积，以减小诸磁头在磁盘的ID190与OD192之间操作诸磁头所需的有效面积，而不必增大摆臂长度(即，致动器臂66的长度)。

诸线圈在复合的叠置的磁铁与护铁部件156、158里工作。如图1所示，诸磁铁与护铁部件156、158被支撑在不同的Z轴线高度上，部件156、158的一部分重叠，保护铁162置于护铁174上，这样，空气隙168、182对准于重叠的线圈130、132。上和下托架150、152用来支撑线圈130、132，使线圈130、132的一部分有一叠合部分，以减小总的X-Y操作区面积。如图8所示，上和下托架150、152包括底部200和臂202、204。底部200在间隔开的诸高度上连接于致动器块62-2，臂202、204从那里延伸出。臂202垂直于纵轴线延伸，以支撑起与它相连接的线圈130、132的横向分支134、138。臂204连接于底部200，并从纵轴线86以一斜角朝外延伸，以支撑有效线圈分支136、140。线圈130、132的分支134、138连接于托架150、152的臂202，线圈136、140的分支通过粘胶和其它已知的传统方法连接于托架150、152的臂204。

可以理解的是：尽管在前面描述了结构细节和本发明的几个实施例的功能，还提出了本发明的几个实施例的多种特性和优点，这种揭示仅仅作了图解说明。在细节上可作出一些变化，尤其在诸零件的结构和设置方面，这些变化可在本发明原理内，在由所附的诸权利要求表达的术语的较宽广的总概念所表明的充分的范围内进行。例如，双线圈的特定设计可变化，(这要取决于具体的用途)，而同时基本上保持住相同的功能，但不背离本发明的范围和精神。此外，尽管在此表述的诸最佳实施例是针对一种磁铁型数据存储系统，能为熟悉该领域里的技术人员理解的是：本发明传授的能适用于其它系统，如一种光学数据存储系统，而不背离本发明的范围和精神。

Claims (9)

1.一种磁盘驱动器的致动器，它包括：

一致动器块，它由一刚性件形成，具有一升高的范围并包括沿与该升高的范围垂直的一纵轴线延伸的一致动器臂，该致动器臂适于支撑一磁头，该升高范围平行对准于致动器块的转动轴线；以及

一线圈部件，它配合于致动器块，并适于在一磁场里工作，以形成一音圈电动机，所述线圈部件的特点在于多个卷绕的线圈，这些线圈由致动器块支撑在间隔开的诸高度上，并具有其彼此重叠的被间隔开的诸线圈的一部分，以此为音圈电动机减小操作范围，

其特征在于，该致动器的尺寸大小适于在一磁盘驱动器中组装，包括诸磁铁部件，在这些磁铁部件之间有空气隙，诸所述磁铁部件在间隔开的诸高度上连接于该磁盘驱动器的一底架，并与诸线圈对准，以便音圈电动机的工作。

2.按照权利要求1的致动器，其特征在于，线圈部件的诸线圈包括至少一个线圈部分，该部分沿一总的垂直于纵轴线的方向延伸。

3.按照权利要求1的致动器，其特征在于，该线圈部件包括由上和下托架支撑的上和下线圈，所述上和下托架在间隔开的诸高度连接于致动器块。

4.按照权利要求1的致动器，其特征在于，诸线圈相对于纵轴线交错排列。

5.按照权利要求1的致动器，其特征在于，诸线圈相对于所述线圈部件的一中心轴线成镜面对称。

6.按照权利要求1的致动器，其特征在于，多个卷绕的线圈由一以串联方式布线的连续的线圈形成。

7.按照权利要求6的致动器，其特征在于，诸线圈的布线使电流沿一单一方向流动。

8.按照权利要求1的致动器，其特征在于，诸线圈总的呈现为梯形。

9.按照权利要求1的致动器，其特征在于，磁铁部件的一部分重叠装配。

Images