CN1107993A - 磁传感器和独立变压器 - Google Patents

Abstract

将一个超小型信号增强器元件沿着一对导线的 指引插入磁盘驱动器一个挠性构件的浮动块端部与 安装端之间的导电线路中。该信号增强器元件包括 集成电路放大器或铁氧体磁芯变压器。铁氧体磁芯 变压器可以包括两个独立的线圈，其中一个耦合到传 感器，另一个耦合到线对的输出端；或包括一个带中 心抽头接头的单个线圈。信号增强器元件封装在电 绝缘护套内，以在信号增强器元件与挠性构件之间提 供一种电气绝缘和机械隔离。

Description

本发明涉及超小型传感器以及用于小型的计算机磁盘驱动器的信号增强元件。

众所周知，超小型传感器在磁盘驱动器中用来将数据写入磁盘，以及从磁盘上读出数据。有一类超小型传感器为薄膜磁传感器，它包括联结在第一区域（通称为背隙区）与间隔设置在相对区域（通称为极尖区）的一对磁极片。磁极片分叉在背隙区与极尖区之间，用以容纳一个在电气上与磁极片绝缘的电气线圈。该线圈电连接到相关的读/写电路，该传感器典型地制作在一块较厚的通常称为浮动块的衬底上，极尖区端接在称为空气支承面（ABS）的表面上。第4，458，279号美国专利及其所引用的附加参考文献揭示和说明了此类传感器的一个典型实例，在此亦作为本申请的参考资料。

另一类超小型传感器称为复合磁传感器，见于1991年10月7日申请的、与上述专利一起转让的待批准的第07/772，981号美国专利申请，该专利申请亦在此结合作为本申请的参考资料。实际上，复合磁传感器包括由合适材料（例如铁氧体）制成的一种两片磁芯元件，它单独成型，然后由玻璃粘结一个硬质陶瓷浮动块。铁氧体磁芯元件接合到与形成薄膜传感器的支承表面相同的表面上，铁氧体磁芯接合到ABS导轨凸起部，或设置在两个间隔凸起部的中间。铁氧体磁芯元件有一个空隙，其作用有点类似于薄膜磁传感器的极尖区，空隙尺寸由玻璃接合材料以及所采用的工艺所决定。对复合磁头的一种改进称为空隙中金属（MIG）磁头。此类超小型传感器中，金属（典型为铁-铝-硅）薄膜，设置于下层铁氧体磁芯片相对空隙表面上的空隙中。这种设置通常用以改进性能。在1988年11月出版的《IEEE  Transactions  on  Magnetics》第24卷，第6期，第2626至2628页上由Shinohara等人发表的题为“MIG磁头的记录性能”一文及其所引用的参考资料中，已经揭示和说明了两种典型的MIG磁头实例，在此亦作为本申请的参考材料。在所有此类复合磁头中，铁氧体磁芯都有一个小孔，多匝线圈通过该小孔绕到磁芯上，线圈则电连接到相关的读/写电路。

有关在磁介质上增加数据密度的要求，导致对更小的磁迹宽度以及具有相应更小空隙尺寸的传感器提出了要求。随着空隙尺寸的缩小，传感器线圈的信号输出幅度相应地减小了。在读操作期间，由于噪声信号将进一步掩蔽由线圈所产生的数据信号而导致错误的数据恢复，这是不希望出现的。过去，曾尝试为传感器线圈多加几匝的方法来补偿信号幅度的减小。然而，由于这样将增加传感器的厚度，尤其是为了能容纳更多的匝，线圈将不得不由几层制成，故对于薄膜传感器而言，此方法并不理想。因为还有噪声、电阻和功耗的相应增加，故增加传感器的厚度就相当不理想了。此外，这样做需要增加工艺步骤，延长了生产周期，并降低了生产率，由此而增加每个产品的成本。对于复合传感器而言，由于线圈是由连续导线的几个单匝组成的，其导线直径因抗拉强度需要不能再减小，因此，采用增加匝数的方法是不太可行的。而且，如此还将大大增加制造这种传感器的难度，并降低产量。

已有一种改进此类超小型传感器所产生的信号幅度的方法，就是利用一个超小型薄膜变压器来提升来自薄膜传感器的电信号输出。在1991年12月10日授权的、有关薄膜传感器/变压器组件的本申请人的第5，072，324号美国专利（在此作为本申请的参考资料）中，公开了一种合适的薄膜变压器，该薄膜变压器成形在浮动块两个凸起部中的一个凸起部上，该位置通常由现有技术装置中的一个薄膜传感器所占据。该薄膜变压器包括底极构件、与该底极构件形成闭合磁路的顶极构件以及一个线圈。顶极和底极构件均由导磁材料制成，导电线圈设置在顶极与底极构件之间，线圈有一对端头，两个端头之间有一个抽头连接。变压器的底极构件包括第一和第二端部，以及延伸于其间的中间体。顶极构件包括第一和第二端部以及延伸于其间的中间体，后者设置在底极构件的中间体之上，以提供一个内部空间容纳线圈。底极构件的第一和第二端部分别耦合到顶极构件的第一和第二端部。该变压器除了设置在两个凸起部中的一个凸起部之上外，还可以设置在与薄膜传感器同一块衬底上的其它位置，或作为独立的部件形成。变压器线圈电连接到传感器线圈，并通过导线连接到其后的电路。与传感器一样，薄膜变压器也是利用集成电路制造工艺制造的。

上述引用的第07/772，981号共同待批美国专利申请，揭示了第5，072，324号专利所披露和要求保护的进一步的发明内容，它用一个分立的增强元件替换整体形成的薄膜变压器，该信号增强元件有一对输入端和一对输出端。其中还有一个耦合装置，它包括耦合于传感器线圈一个端头与信号增强元件一个输入端之间的第一导电线路，以及耦合于传感器线圈另一端头与信号增强元件另一输入端之间的第二导电线路。来自传感器/信号增强器组件的输出信号取自于信号增强元件的输出端。信号增强元件可以包括一个如以上引用的第5，072，324号专利中所述的薄膜变压器或集成电路放大器。在这两种形式中，信号增强元件均可用来增强由传感器线圈所产生的信号的幅度，其幅度增强的量取决于变压器两部分的匝数比或放大器的增益。传感器和信号增强元件以紧密相邻的形式由衬底/浮动块支承，两者设置在同一表面或不同表面上。这两个主要元件的每一个或者可以单独形成，或者（在薄膜传感器和变压器或集成电路放大器的实施例中）共同形成。

尺管上述信号幅度提升方案改善了小型计算机磁盘驱动器中的超小型传感器的性能，然而，这些方案需改变制造工艺，才能应用于现有的传感器/浮动块设计，对于已经定型的设计而言，并非总是经济的。此外，要求信号增强器能与现有的传感器设计直接兼容，因此，有必要采用进一步的设计，而且能相对廉价地加以实施。

本发明包括一个分立的独立的信号增强器，它能与现有的许多传感器设计相兼容，能以较低的成本实施，并能为现有的超小型传感器提供一种信号幅度改进。

从最广泛的意义上来讲，本发明包括附加的一个独立的和分立的增强元件，诸如铁氧体磁芯变压器或集成电路放大器，它们置于延伸在挠性组件的浮动块安装端与相对安装端之间的信号导体的线路内，这样，由传感器所产生的信号电压的幅度就可以在邻近传感器浮动块，但远离其后接磁盘驱动电路的区域得到增强。在较佳的实施例中，是通过利用一个铁氧体磁芯变压器来实现的，该变压器或具有一个带中心抽头的单个磁芯绕组，或具有一对独立的磁芯绕组。两绕组分别连接到位于传统挠性构件传感器端设置的传感器/浮动块组件的输出导体端片，以及通常耦合到其后接电路的导体对的输出端上。该铁氧体磁芯变压器是一种超小型变压器，其体积小得足以安装在挠性构件上，而不会影响到构件的机械支承性能。变压器最好置于由合适的电绝缘材料（例如垫缩套管材料）形成的护套内，这样，变压器就可以在电气上和机械上得到保护。变压器可以组装到常规的导体对，由套管包覆，然后作为一个部件安装到挠性构件。

本发明提供一种方便、廉价的改进方法，用以增强由磁盘驱动器中的超小型传感器所产生的电压的信号幅度，无需对通常与磁盘驱动设施联用的传统的机械挠性安装构件进行任何改动。这样，就无需重新设计浮动块或传感器，而获得本发明的各种优点。

为了能更加完整地了解本发明的实质和优点，以下将结合附图作进一步的详细描述。

图1是根据本发明的一个挠性构件的侧视图;

图2是图1所示挠性构件的俯视图;

图3是图2中用参照号3-3表示的套管部分的放大图;

图4是放大的具有两个独立线圈的一个环形变压器的示意图;

图5是具有带中心抽头接法的单个线圈的一个矩形变压器的示意图。

现在参见附图，图1表示根据本发明的一个挠性构件10。由图中可见，常规的挠性构件10有一个机械安装端部12，一个中间体部分13以及一个浮动块安装平台端部14。尤以图2中可见，安装端部12有一个中心孔16，安适配于安装紧固件（未图示），用以将挠性构件10安装到相关的磁盘驱动机构上，后者用以在相关的磁盘（未图示）记录面上操纵该挠性构件。挠性构件10的中间体部分13有一个扁平的锥形板部分18和一对上翻的侧翼部分20、21，后者为挠性构件10提供附加的刚性。锥形板部分18如图2所示逐渐由宽变窄，其低端与一个小的矩形平台端部14衔接，其上安装常规的浮动块25。浮动块25承载一个结构已知的、上述所引用的专利和专利申请中所描述的一种薄膜传感器。一般以参照号30表示的一对铠装导线连接在浮动块端部25，它适合于电接触件将浮动块25上的薄膜传感器电耦合到其后的磁盘驱动电路。为此，线对30沿挠性构件10的中间体上面走线，利用锥形板部分18小孔33中形成的接头片32予以固定，然后用一对侧缘上的接头片35、36固定，并延伸到挠性构件10高安装端12的左边。

为了增加由安装在浮动块25上的传感器所提供的电信号的幅度，将一个信号增强器元件沿传感器浮动块25至安装端12高端路径连接到线对30。尤见图3，信号增强器元件实际上安装在包覆线对30的护套36内，线对30用硬护套36内的虚线表示。护套36最好是一种电绝缘套管，它可以垫缩以紧贴包覆设置其中的变压器。

图4表示第一种类型的信号增强元件，它包括一个铁氧体磁芯变压器，适合于安装在图3所示的护套36内。由图4可见，该变压器有一个环形铁氧体磁芯41和一对独立的线圈绕组，每个绕组都端接一对导线：第一对导线42接至安装在浮动块25上的传感器，第二对导线43接至其后相关磁盘驱动器中的电路。

图5表示第二种信号增强器元件，它包括由一个矩形铁氧体磁芯变压器46构成的变压器，其一条支柱上绕有带中心抽头48的单个线圈。在此实施列中，绕组对43作为连接至其后电路的一对导线;而连接至中心抽头48的中心线49以及两根线43中的一根则连接到浮动块25上的传感器。图5中，连接至传感器的第二根导线作为线对43的底下一根线，然而，这显然仅作为一种表示而已，而上面一根线必要时也可以起到同样的作用。

变压器用传统的接线工艺连接，，线对30最好另外制作，然后安装到挠性构件10上，接着将导线对30的传感器端焊接到浮动块25上的传感器接触片。

通过将信号增强器元件接入线对30中，可以在读操作期间，增强由浮动块25上的传感器所产生的电压信号输出，其幅度为变压器信号增强器元件的匝数比的一个函数。由于信号增强器元件可以插入传统的扭绞线对30中，故本发明无需采用特殊的传感器或浮动块结构。

尽管以上详细和完整地描述了本发明的几个较佳实施例，但在不脱离本发明精神和范围的情况下，也可以采用各种变换，替换的结构以及相似的形式。例如，尽管以上较佳的实施例采用了如图4和图5所示的铁氧体磁芯变压器，需要时也可以将集成电路放大器用作信号增强元件。其次，尽管较佳的实施例采用了护套36，需要时也可以用某些其它类型的绝缘体包覆变压器，并可以将变压器单独连接到挠性构件10的合适部位上。此外，本发明也可以应用于磁盘驱动领域之外的场合，可以采用其它类型的磁性录/放器件，诸如磁带驱动。因此，上述内容不能视为限制了本发明，本发明应由所附的权利要求所限定。

Claims (12)

1、一种磁传感器组件，包括安装在一个挠性构件一端的浮动块，所述传感器由所述浮动块承载，在传感器与挠性构件的另一端之间延伸着多个导电元件，导电元件在邻近挠性构件另一端的端部构成其输出端，其特征在于，所述磁传感器组件还包括一个电耦合到位于所述挠性构件两端之间区域的所述多个导电元件的信号增强器元件。

2、如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于，所述信号增强器包括一个超小型变压器，超小型变压器包括耦合至所述传感器的第一线圈部分和耦合至所述多个导电元件的所述输出端的第二线圈部分。

3、如权利要求2所述的磁传感器组件，其特征在于，所述第一线圈部分和第二线圈部分各自包括一个独立线圈。

4、如权利要求2所述的磁传感器组件，其特征在于，所述第一线圈部分和第二线圈部分包括一个带中心抽头接头的单个线圈。

5、如权利要求1所述的磁传感器组件，其特征在于，所述信号增强器元件由电绝缘护套封装。

6、如权利要求5所述的磁传感器组件，其特征在于，所述护套由热缩管状材料形成。

7、一种用以在磁盘驱动装置中将一个超小型薄膜传感器电连接到后续电路的导线组件，包括多根导线，其第一端适合连接到薄膜传感器，其第二端适合连接到后续电路，其特征在于，它还包括一个信号增强元件，并耦合到位于所述第一端和第二端居中位置的所述多根导线上。

8、如权利要求7所述的导线组件，其特征在于，所述信号增强器元件包括一个超小型变压器，所述变压器包括耦合到所述第一端的第一线圈部分和耦合到所述第二端的第二线圈部分。

9、如权利要求8所述的导线组件，其特征在于，所述第一线圈部分和第二线圈部分各自包括一个独立线圈。

10、如权利要求8所述的导线组件，其特征在于，所述第一线圈部分和第二线线圈部分包括一个带中心抽头接头的单个线圈。

11、如权利要求7所述的导线组件，其特征在于，所述信号增强器元件由电绝缘护套封装。

12、如权利要求11所述的导线组件，其特征在于，所述护套由热缩管状材料形成。

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