CN1144218C - 双线圈旋转致动器和磁存储系统，及其操作方法 - Google Patents

双线圈旋转致动器和磁存储系统，及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种双线圈旋转致动器和磁存储系统，及其操作方法。致动器组件具有两个设置在音圈马达(VCM)磁铁二极之间的线圈，用于改进磁盘机中稳定及跟踪操作期间的动态性能。VCM中的这两个线圈和独立的电流源连接，以允许两个线圈中的电流彼此具有相同的方向(顺时针或逆时针)或相反的方向。当两个线圈中的电流具有相反的方向时，对致动器组件的主平面中的弯曲模式谐振的激励被抑制，从而允许为磁盘机的稳定及跟踪操作采用增大的伺服带宽。

Description

双线圈旋转致动器和磁存储系统，及其操作方法
技术领域
本发明一般涉及计算机硬磁盘驱动机，更具体地，涉及硬磁盘驱动机的旋转致动器的改进以得到更好的动态性能。
背景技术
移动式磁存储部件，尤其是磁盘机是选用的存储部件。这是由于其具有扩展的非易失性存储器存储能力并且价格较低。
磁盘机是信息存储部件，它们利用至少一个可旋转磁介质盘、一个磁记录头或传感器、一个浮动块、一个悬挂组件以及一个定位致动器，可旋转磁介质盘带有规定用于存储数据的同心数据磁道，磁头或传感器用于从和/或向不同的数据磁道读写数据，浮动块通常在介质上方以悬空模式支持传感器接近数据磁道，悬挂组件用于弹性地把浮动块和传感器支承在数据磁道的上面，而定位致动器和传感器/浮动块/悬挂组件连接，用于把传感器沿着介质移动到所需的数据磁道上并且在读和写操作期间把传感器保持在数据磁道中心线上。传感器附着在浮动块上或与浮动块整体构建，浮动块通过由旋转磁盘生成的气垫(被称为空气支承)把传感器支承在存储磁盘的数据表面上方。
替代地，传感器可与磁盘的表面接触而工作。从而，这种悬挂提供所需的浮动块加载以及浮动块和致动器定位器臂之间的尺寸稳定性，该臂把传感器/浮动块/悬挂组件连接到致动器。根据读操作中所需要的数据或根据写操作中放置数据的正确磁道，致动器把传感器定位在正确的磁道上。通常通过在数据磁道的横向方向上沿磁盘的表面移动组合组件，控制致动器以把传感器定位在所需的数据磁道上。致动器可包括单根从支枢点延伸的定位器臂，或者包括多根以梳状方式从支枢点延伸的定位器臂。致动器组件的尾部附着着一个旋转音圈马达(VCM)，以对致动器在磁盘上的运动提供动力。
位于致动器组件尾部的VCM包括一块上板，上板在下板上方有一定间距，在上、下板之间有一块或一对磁铁。VCM还包括一个设置在致动器组件的向后延伸方向内的并位于上、下板之间的导电线圈，线圈在和磁铁平行的一个平面中覆盖磁铁。在运行中，电流通过线圈并和磁铁的磁场相互配合，从而使致动器组件绕其枢轴旋转并且根据需要定位致动器。
磁盘机中的磁介质盘或盘组安装在主轴上。主轴附着在主轴马达上，主轴马达转动主轴及磁盘以便对磁盘上的同心磁道的各个部分提供读/写访问。
在磁盘机运行期间，由VCM驱动的致动器在定位伺服系统的控制下径向地定位在盘面上方。伺服系统被设计成以尽可能短的时间把读/写传感器准确地定位在磁盘上选定的数据磁道的上方(查找操作)并且尽可能准确地保持读/写传感器在数据磁道上方的位置(跟踪操作)。随着磁盘机上数据存储密度的增加，磁盘上数据磁道的径向密度随之增加。伺服系统准确地跟踪由此造成更窄的数据磁道的能力变为磁盘机性能的一种限制。
致动器组件具有对伺服系统的性能造成不利影响的谐振频率。具有最低频率的谐振严重限制伺服系统的带宽，造成不良的高频响应并降低磁盘机的性能。
日本特许公开特开平10-233068为增大磁盘机致动器组件的伺服带宽，提高磁头定位精度，提出将单个平面线圈分割为多个并联并通以同方向电流的、在线圈平面中并排设置的平面线圈，利用线圈分割后电阻和电感的变化，并利用线圈的相互邻接的部分的电流相互抵销的事实，改善致动器线圈的时间常数L/R。该方案对致动器的频率响应和跟踪性能的改善有限，尤其是，其中对力矩的增减仍单纯依靠电流强度的增减。
从而可以看出需要一种其频率响应得到改进以减少致动器上会不利地影响磁盘机的跟踪性能的振动模式的致动器。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的一个目的是公开一种振动模式减少的改进型致动器组件，从而得到性能和稳定性的改进。
本发明的另一个目的是公开一种具有音圈马达(VCM)的改进型致动器组件，其包括减少跟踪操作下的振动模式的双线圈，从而改进磁盘机性能。
本发明的再一个目的是公开一种操作包括双线圈的改进型致动器以减小跟踪操作下的振动模式的方法，从而改进磁盘机性能。
依据本发明的原理，公开一种用于磁存储磁盘驱动器的致动器组件，其包括设置在致动器组件的向后延伸中的双致动器线圈。在本发明的一种实施例中，定位在致动器组件的向后延伸的外线圈和同心内线圈位于一个平面中，当安装到磁盘机中时致动器在该平面中自由转动。外线圈和内线圈都设置在音圈马达(VCM)磁铁的磁极之间。外线圈和内线圈电气上分别和第一电流源、第二电流源连接，其中由磁盘机控制器电子线路单独控制各电流源的电流强度和电流方向。在磁盘机的稳定操作和跟踪操作期间，内线圈的电流方向(顺时针或逆时针)和外线圈的电流方向相反，从而造成致动器上的净力以改进的精度把浮动块/传感器定位在所期望的数据磁道上。通过调节各线圈中的相对电流从而抑制致动器的主平面中的弯曲(摆动)模式的激励以允许用加宽的伺服带宽进行稳定操作和跟踪操作，达到精度的改进。在磁盘机的查找操作期间，在为了快速地把浮动块/传感器定位到新磁道而在致动器上需要最大力矩的情况下，把外线圈和内线圈的线圈电流选择为具有相同的方向，从而致动器上来自两个线圈的力相加。
具体来说，本发明提供了一种用于磁存储系统的致动器组件，包括：本体；第一线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端；第二线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；其特征在于还包括：外致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂之间的所述角状扇区中；以及内致动器线圈，其固定在所述外致动器线圈上，所述内致动器线圈位于所述外致动器线圈内部并和所述外致动器线圈位于同一平面中，所述内致动器线圈和所述外致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的。
本发明还提供了一种用于磁存储系统的致动器组件，包括：本体；第一线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端；第二线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；前致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂的近端之间的所述角状扇区中；以及后致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂的远端之间的所述角状扇区中，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈位于同一平面中；其特征在于所述后致动器线圈和所述前致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的。
本发明还提供包括上述致动器组件的一种磁存储系统，包括：
磁盘，带有数据磁道的同心数据表面；
支持所述磁盘的主轴，所述主轴用于使所述磁盘绕垂直于磁盘的轴线转动；
浮动块，当磁盘旋转时其和所述数据表面保持运行关系；
附着在所述浮动块上的传感器，用于从所述数据表面读数据和向所述数据表面写数据；
电子模块，用于处理从所述数据表面读出的数据和向所述数据表面写入的数据；以及
致动器，用于相对于所述磁盘总体上径向地移动所述浮动块以使所述传感器访问所述数据磁道，该致动器还包括：确定该致动器的枢轴点的本体；其近端从所述本体延伸到远端的第一线圈支持臂；其近端从所述本体延伸到远端的第二线圈支持臂，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；
其特征在于该致动器还包括：外致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂之间的所述角状扇区中；以及内致动器线圈，其固定在所述外致动器线圈上，所述内致动器线圈位于所述外致动器线圈内部并和所述外致动器线圈位于同一平面中；所述内致动器线圈和所述外致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的；
其特征还在于该磁存储系统还包括第一电流源和第二电流源，在稳定操作和跟踪操作期间向内致动器线圈和外致动器线圈供给方向相反的电流，在查找操作期间供给方向相同的电流。
在另一个实施例中，一种磁存储系统，包括：
磁盘，带有数据磁道的同心数据表面；
支持所述磁盘的主轴，所述主轴用于使所述磁盘绕垂直于磁盘的轴线转动；
浮动块，当所述磁盘旋转时其和所述数据表面保持运行关系；
附着在所述浮动块上的传感器，用于从所述数据表面读数据和向所述数据表面写数据；
电子模块，用于处理从所述数据表面读出的数据和向所述数据表面写入的数据；以及
致动器，用于相对于所述磁盘总体上径向地移动所述浮动块以使所述传感器访问所述数据磁道，该致动器还包括：确定该致动器的枢轴点的本体；其近端从所述本体延伸到远端的第一线圈支持臂；其近端从所述本体延伸到远端的第二线圈支持臂，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；前致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，位于所述第一和第二线圈支持臂的近端之间的角状扇区中；以及，后致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，位于所述第一和第二线圈支持臂的远端之间的角状扇区中，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈位于同一平面中；
其特征在于，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的；该磁存储系统还包括第一电流源和第二电流源，在稳定操作和跟踪操作期间向后致动器线圈和前致动器线圈供给方向相反的电流，在查找操作期间供给方向相同的电流。
此外，本发明还提供一种操作具有同心双线圈的致动器以把传感器移动到磁盘表面上的某数据磁道的方法，其包括步骤：a)分别对所述致动器的外线圈和内线圈提供相同的顺时针或逆时针方向的外电流和内电流，以迅速地把所述传感器移动到该数据磁道附近；以及b)对所述内线圈提供一种方向的内电流并且对外线圈提供方向相反的外电流，以准确地把所述传感器定位在该数据磁道上并且保持所述传感器在该数据磁道上的定位。
本发明还提供一种操作具有前后双线圈的致动器以把传感器移动到磁盘表面上的某数据磁道的方法，其包括步骤：分别对所述致动器的前线圈和后线圈提供相同的顺时针或逆时针方向的前电流和后电流，以迅速地把所述传感器移动到该数据磁道附近；以及对所述前线圈提供一种方向的前电流并且对所述后线圈提供方向相反的后电流，以准确地把所述传感器定位在该数据磁道上并且保持所述传感器在该数据磁道上的定位。
本发明的一个优点是它提供一种具有改进的性能和稳定性的致动器组件。本发明的另一个优点是可以使用现有的VCM磁铁和平板，从而提供一种简单的和性能价格比高的解决方案。
在下述详细书面说明书中，本发明的上述以及其它目的、特点和优点将变为清晰。
附图说明
为了更完整地理解本发明的本质和优点以及优选的使用方式，请参考附图参阅下述详细说明。在各附图中，相同的参考号指示各图中相同或类似部件。
图1是磁记录磁盘驱动机系统的简化图；
图2是磁盘机的透视图；
图3是依据本发明的旋转致动器的透视图；
图4a和4b是包括着本发明的第一实施例的同心双线圈的一种致动器的平面图，图4c是VCM磁铁的断面图以示出VCM磁隙中的同心双线圈；
图5a和5b是包括着本发明的第二实施例的前后双线圈的一种致动器的平面图；
图6a是包括着本发明的内、外同心双线圈的一种致动器的平面图，以示出主平面中的弯曲(摆动)模式谐振的振形(未按比例)；
图6b是包括着本发明的前后双线圈的致动器的平面图，以示出主平面中的弯曲(摆动)模式谐振的振形(未按比例)；
图7的曲线表示从有限元仿真得到的同心双线圈致动器仅对外线圈电流的响应的传递函数；
图8的曲线表示从有限元仿真得到的同心双线圈致动器对内、外线圈电流的响应的传递函数；
图9的曲线表示从有限元仿真得到的前后双线圈致动器仅对前线圈电流的响应的传递函数；
图10的曲线表示从有限元仿真得到的前后双线圈致动器对前、后线圈的电流的响应的传递函数；
图11是测量本发明的双线圈致动器的传递函数的试验的示意框图；
图12是前后双线圈致动器仅对后线圈电流的响应的实测传递函数；
图13是前后双线圈致动器仅对前线圈电流的响应的实测传递函数；以及
图14是前后双线圈致动器对前、后线圈电流的响应的实测传递函数。
具体实施方式
在下述参照各图的说明中以优选实施例说明本发明。尽管是以达到本发明的目的的最佳方式说明本发明的，熟练技术人员会理解在不背离本发明的精神或范围下根据本发明的原理可进行各种修改。
现参照图1，图中示出实施本发明的磁盘机20。如图1中所示，至少一个可旋转磁盘22由主轴26支持并且由磁盘机马达30转动。各个磁盘上的磁记录介质采取盘22上的同心数据磁道(未示出)之环状模式的形式。
在盘22上定位至少一个浮动块24，每个浮动块24支持一个或多个读/写磁头34。当磁盘转动时，浮动块24在盘表面36上方径向地往返移动，从而磁头34可访问记录着所需数据的磁盘的不同部位。通过悬挂件28，每个浮动块24附着在定位器臂32上。悬挂件28提供轻微弹力，该力使浮动块24倾向磁盘表面36。每个定位器臂32附着到致动器42装置。图1中所示的致动器装置可以是一个音圈马达(VCM)。VCM包括一个可在固定磁场中移动的线圈，线圈移动的方向和速度由控制单元46提供的马达电流信号控制。
在该磁盘存储系统运行期间，磁盘22的旋转在浮动块24和磁盘表面36之间生成空气支承，其对浮动块施加向上的力或升力。从而空气支承补偿悬挂件28的轻微弹力，并且在常规运行下支持浮动块24离开盘表面并以一个小的大致相等的间隔位于盘表面的略微上方。
运行中由控制单元46生成的控制信号，例如访问控制信号和内部时钟信号，控制该磁盘存储系统的各个构件。典型地，控制单元46包括逻辑控制电路、存储芯片和微处理器。控制单元46生成各控制信号以控制各种系统操作，例如线路38上的驱动马达控制信号和线路44上的磁头定位和查找控制信号。线路44上的控制信号提供所需的电流分布曲线，以最优地把浮动块24移动并定位到磁盘22上的期望数据磁道上。通过记录通道40对和从读/写头34传递读和写信号。
对典型磁盘存储系统的上述说明以及图1的附带说明仅是出于描述目的的。应理解，磁盘存储系统可包含大量的磁盘以及致动器，而且每个致动器可支持若干浮动块。
图2表示采用本发明的双线圈致动器的硬盘机50。磁盘机的罩54示成是打开的。在运行中，应把该罩设置在外壳52的上方。磁盘机50包括一个或多个磁盘56。磁盘可以是常规的散粒或薄膜记录磁盘，它们能在同心磁道上存储数字数据。在一种优选实施例中，磁盘56的两面都可用于存储，而且一般技术人员会意识到，磁盘机50可包括任何数量的此种磁盘56。
将磁盘56安装在主轴58上。主轴58附着在主轴马达(未示出)上，主轴马达转动主轴58和磁盘56，以便对磁盘56上的同心磁道的各个部分提供读/写访问。
致动器组件76包括定位器臂60和悬挂组件62。悬挂组件62包括其末端处的浮动块/传感器组件64。虽然只示出悬挂组件62的一个浮动块/传感器组件64，可意识到磁盘机56可以为磁盘机50中所包含的各个磁盘56的每一侧具有一个浮动块/传感器组件64。定位器臂60还包括一个枢轴72，定位器臂60绕该枢轴旋转。
磁盘机50还包括读/写芯片80。如技术上所周知，读/写芯片80和浮动块/传感器组件64合作以从磁盘56读数据或向磁盘56写数据。挠性印刷电路件或致动器软电缆78在读/写芯片80和一个插销组件(未示出)之间传送信号，该插销组件和外部信号处理电子电路接口。
致动器组件76的主要功能是绕着枢轴72移动定位器臂60。致动器组件76的一部分是音圈马达(VCM)组件74，VCM组件74包括VCM底板、一块磁铁和VCM顶板，该VCM顶板和一个双致动器线圈相结合。通过该致动器线圈的电流和该磁铁的磁场相互作用使定位器臂60和悬挂组件62绕枢轴72转动，从而按需要定位浮动块/传感器组件64。
大多数磁盘机50具有若干安装在主轴58上的磁盘56，形成磁盘组70。致动器组件76包括多个以梳状结构固定的定位器臂60，从而各内臂65安装在构成磁盘组70的各盘56之间，外臂66、68分别沿顶磁盘的上表面及底磁盘的下表面延伸。每个内臂65各支持两个带有浮动块/传感器组件64的悬挂组件62(上、下悬挂组件)。上外臂66支持一个带有其浮动块/传感器组件64的悬挂组件62，以访问磁盘组70的顶磁盘的上表面上的数据，下外臂68支持一个带有其浮动块/传感器组件64的悬挂组件62，以访问磁盘组70的底磁盘的下表面上的数据。
图3是一种依据本发明的一种实施例的致动器组件90的透视图。致动器组件90包括一个本体92、一个下外臂68、一个上外臂66、一个或多个内臂65、致动器线圈支持臂94和96以及同心双致动器线圈98，同心线圈98安装在致动器线圈支持臂94、96上。本体92由轴承支持(未示出)，当致动器组件90安装在磁盘机中时轴承允许致动器组件90绕垂直轴旋转。本体92支持定位器臂65、66、68，定位器臂又支持在其上固定浮动块/传感器组件(未示出)的悬挂组件(未示出)。致动器线圈支持臂94、96支持作为VCM组件的一部分的致动器线圈组98，VCM组件运行以相对于磁盘表面径向地定位致动器组件。
当安装在磁盘机中时，带有固定在定位器臂65、66、68上的悬挂组件的致动器组件90由VCM马达转动，以把滑动块/传感器组件定位在磁盘的期望半径上，从而在涂覆在磁盘表面的记录介质上的数据磁道中读或写数据。VCM马达施加给致动器组件90的力会激励致动器组件的机械谐振。在致动器组件90的径向运动平面中的致动器组件90的谐振特别受到关心，因为它们直接影响致动器把浮动块/传感器组件定位到期望的数据磁道上的动态性能。
图4a和4b示出依据本发明的第一实施例的双线圈致动器组件100的平面图。致动器组件100包括本体92、固定在该本体上的并且从本体92向后延伸的致动器线圈支持臂94和96、一个位于致动器支持臂94和96之间并固定在它们之上的外致动器线圈102以及一个大致以同心的布局位于外致动器线圈102之内的内致动器线圈104。内线圈104固定在外线圈102上，并且两个线圈位于由致动器支持臂94和96所定义的平面内。外线圈102由围绕着线圈的大体为梯形样式的各侧边的n匝导线形成，并且导线的起始及结束位置(未示出)彼此接近。内线圈104由围绕着线圈的大体为梯形样式的各侧边的m匝导线形成，并且导线的起始及结束位置(未示出)彼此接近。在本发明的优选实施例中，外线圈102的匝数n等于内线圈104的匝数m。或者，可把匝数n和m选择成彼此不同。对外线圈102的末端和对内线圈104的末端的电连接(未示出)允许线圈传导电流，从而生成和图4c的剖视图中示出的VCM磁铁106的磁场相互作用的磁场。
图4c示出VCM磁铁106的剖视图。VCM磁铁106构造成具有第一区107和第二区108，其中第一区107中的磁场方向和第二区108中的磁场方向相反。
再参照图4a，图中示出磁盘机查找操作下内、外线圈104、102中的电流方向，该操作下为了尽可能快地把浮动块/传感器组件64定位到新磁道上需要致动器100上的最大力矩。对于查找操作，外线圈102和内线圈104中的电流方向是相同的，或者为顺时针或者为逆时针。各线圈中的电流生成的磁场和VCM磁铁106的磁场相互作用产生增加力矩的力以在致动器上产生更大的合力矩。在查找操作方式下，双线圈致动器的动态响应类似于现有技术的单线圈致动器的响应。
图4b表示用于磁盘机的稳定操作和跟踪操作下的内、外线圈104、102的电流方向，此时不需要大的力矩，但需要改进的致动器动态响应以提供精确的跟踪性能。对于稳定操作和跟踪操作，外线圈102的电流方向和内线圈104中的电流方向相反。由于和VCM磁铁106的相互作用每个线圈生成的力所激励的摇摆模式趋于抵消。然而，致动器上的净力矩并不为零，该力矩用于为稳定及跟踪操作方式驱动致动器。在稳定及跟踪操作方式下，由于减少了对致动器的主平面中的弯曲模式(摇摆模式)的谐振的激励，本致动器的动态响应得到改进，优于单线圈致动器的响应。通过适当地选择流过外线圈102的电流强度IO和流过内线圈104的电流强度II的比IO/II，可能为依据本发明的致动器的最佳动态响应全部抑制掉摇摆模式谐振。
图5a和5b表示依据本发明的第二实施例的双线圈致动器组件110的平面图。致动器组件110包括本体92、固定在本体92上并向后延伸的致动器线圈支持臂94和96、位于致动器支持臂94和96之间并且固定在这两个支持臂远端处的后线圈112以及位于致动器支持臂94和96之间并且设置在后线圈112和致动器本体92之间的前线圈114。前线圈114固定在致动器支持臂94、96以及后线圈112的邻接段上。两个线圈都位于由致动器支持臂94和96定义的平面中。后线圈112由围绕着线圈的大体为梯形样式的各侧边的n匝导线形成，并且导线的起始及结束位置(未示出)彼此接近。前线圈114由围绕着线圈的大体为梯形样式的各侧边的m匝导线形成，并且导线的起始及结束位置(未示出)彼此接近。在本发明的该实施例中，后线圈112的匝数n等于前线圈114的匝数m。或者，可把匝数n和m选择成彼此不同。对后线圈112的末端和对前线圈114的末端的电气连接(未示出)允许线圈传导电流，从而生成和VCM磁铁106的磁场相互作用的磁场。
图5a和5b分别示出查找操作和稳定/跟踪操作下线圈中的电流方向。在图5a中示出的查找操作中，后线圈112中的和前线圈114中的电流方向相同，即，取决于所需的致动器的转动方向两个线圈中的电流都为顺时针或都为逆时针。由于与致动器支持臂平行的各线圈部分中流过的电流是相加的，所以在致动器上起作用的力矩产生最大的净力矩以快速地把浮动块/传感器定位到新磁道上。在图5b中示出的稳定/跟踪操作方式下，后线圈112中的电流方向和前线圈114中的电流方向相反。由于和VCM磁铁106的磁场的相互作用每个线圈生成的力对摇摆模式的激励趋于抵消。不过，致动器上的净力矩并不为零，该力矩在稳定及跟踪操作方式下驱动致动器。在稳定及跟踪操作方式下，由于减少了对致动器的主平面中的弯曲模式(摇摆模式)的谐振的激励，本致动器的动态响应得到改进，优于单线圈致动器的响应。通过适当地调整流过后线圈112的电流强度IB和流过前线圈114的电流强度IF的比IB/IF，可达到完全地抑制摆动模式谐振。
图6a和6b分别示出通过技术上周知的有限元仿真方法得到的同心双线圈致动器100和前后双线圈致动器110由于摆动模式激励而产生的振形(未按比例)。在图6a以及图6b中，和无畸变的致动器120一起叠加示出激励摇摆方式下仿真的畸变致动器122。对于致动器100和110的有限元仿真，只在各致动器中的双线圈中的一个具有电流下计算致动器上的输入力，以便模拟现有技术中采用的单线圈致动器的响应。这种方式下激励的摇摆模式谐振降低磁盘机的动态性能，并且为了改进磁盘机的稳定及跟踪操作应得到抑制。
图7和图8表示从同心双线圈致动器100对致动器线圈电流生成的力的响应的有限元仿真中得到的机械传递函数。传递函数是曲线图，表示作为VCM输入力的频率的函数的浮动块/传感器处的振动位移振幅及相位响应，VCM输入力在致动器旋转平面中施加到致动器组件上。图7示出仅在外线圈102中流入线圈电流下得到的传递函数，以模拟单线圈致动器状态。约在3000Hz处的大振幅峰值126对应于图6a中示出的致动器的摇摆模式谐振。图8示出在外线圈102和内线圈104都流入电流并且内线圈104中的电流方向(顺时针或逆时针)和外线圈102中的电流方向相反下得到的传递函数。已调整两个线圈中的电流强度比IO/II，以使对摇摆模式谐振的激励为最小。在3000Hz处没有峰值表示在依据本发明用于稳定及跟踪操作时在双线圈致动器中不激励摇摆模式谐振。
通过得到双线圈操作的最佳传递函数的试验或者通过下述过程，可以选出最佳电流比IO/II。向外线圈施加强度为I1的电流以测量驱动致动器运动的外线圈的传递函数。根据外线圈传递函数测量摇摆模式谐振峰值幅度QO。向内线圈施加相同的电流强度II以测量驱动致动器运动的内线圈的传递函数。根据内线圈传递函数测量摇摆模式谐振峰值幅度QI。为清除双线圈驱动致动器运动下的传递函数的摇摆模式谐振峰值，在双线圈运行下采用的最佳电流强度比IO/II由IO/II＝QI/QO给出。
图9和图10给出从前后双线圈致动器110对致动器线圈电流生成的力的响应的有限元仿真得到的机械传递函数。图9示出从仅在前线圈112中流入线圈电流得到的传递函数，以模拟单线圈致动器状态。约在3600Hz附近的大振幅峰值128对应于图6b中示出的致动器的摇摆模式谐振。由于不同的线圈结构、线圈质量及质量分布，该谐振频率高于同心双线圈致动器100的谐振频率。图10表示在后线圈112和前线圈114都流入电流并且前线圈114中的电流方向(顺时针或逆时针)和后线圈112中的电流方向相反下得到的传递函数。已调整两个线圈中的电流强度比IB/IF，以使对摇摆模式谐振的激励为最小。在3600Hz处没有峰值表示依据本发明在用于稳定及跟踪操作时在前后双线圈致动器中不激励摇摆模式谐振。
图11表示用于测量依据本发明安装在磁盘机132中的前后双线圈致动器110的传递函数的试验方案130。由安装在致动器100上的并且由空气支承支持在旋转磁盘136的表面上的浮动块134反射的来自激光多普勒测振计的激光束，用于测量浮动块对致动器线圈电流产生的力的定位响应的机械传递函数。从由来自信号分析仪142的正弦波电压驱动的电流源146的分离通道向后线圈112和前线圈114提供电流。在信号分析仪142中记录并分析LDV 140的输出信号以得到机械传递函数。
图12、13、14分别表示对后线圈112、对前线圈114以及对前后线圈112、114施加电流得到的传递函数。图12示出的传递函数是通过向后线圈112施加强度I1的电流得到的。图13示出的传递函数是通过用相同强度I1的电流驱动前线圈114得到的。在两个传递函数中观察到频率约为2300Hz处的峰值150、152是因激励试验致动器的基本弯曲模式(摇摆模式)产生的。图14示出的传递函数是通过用强度为IB的电流驱动后线圈112及用强度为IF的电流驱动前线圈114并且通过前线圈114的电流的方向(顺时针或逆时针)和通过后线圈112的电流方向相反下得到的。调节两个线圈中的电流的相对强度以满足条件IB/IF＝QF/QB，其中QB是驱动后线圈112产生的谐振峰值150的幅度，QF是驱动前线圈114产生的谐振峰值152的幅度，并且驱动电流的强度相同。图14所示的传递函数在2300Hz处没有谐振峰值，试验结果和上述的有限元仿真相符，由于试验中采用不同的结构以及致动器线圈的质量不同，在试验测得的传递函数中观察到较低的谐振频率。
由于摇摆模式谐振是现有技术的单线圈致动器中对伺服稳定性的主要限制，所以在磁盘机的稳定及跟踪操作期间抑制该谐振允许在磁盘机中采用高得多的伺服带宽。图8和图10中的用于本发明的致动器的有限元仿真表明伺服稳定性现在分别由更高的频率模式127和129(其谐振频率为5000-6000Hz范围)限制。1500-2500Hz的限制频率的提高造成许可的伺服带宽的增加，后者进而允许磁道密度的相应增加。
为了在不牺牲现有技术的单线圈致动器的高性能的查找操作下利用本发明的双线圈致动器在稳定及跟踪操作期间得到动态响应改进的好处，设想了磁盘机操作的下述方法。当要访问新数据磁道时，控制器发出向双线圈致动器的两个线圈提供峰值电流并且各线圈的电流方向相同的命令。在约到达新数据磁道的目标位置的一半处时，在两个线圈中把峰值电流切换成相反方向，以根据查找方式的最优控制算法减速致动器。当传感器距离目标数据磁道1至5个磁道时(取决于磁盘机操作和控制算法)，把控制器切换到稳定和跟踪方式。在稳定及跟踪方式下，把一个线圈的电流方向切换成和另一个线圈的电流方向相反，被切换的线圈取决于传感器的所需运动方向。当两个线圈中的电流方向相反并且为适当的比率时，致动器的摇摆模式被抑制并同时仍存在净力矩以在磁道随动期间驱动致动器。在磁道随动方式下，由于对摇摆模式的抑制，伺服带宽得到改进，造成磁道随动精度的提高。在这种操作方向下，需要两个可由来自控制器的命令切换的线圈电流源。
虽然参照优选实施例具体地示出和说明了本发明，熟练技术人员会理解在不违背本发明的精神、范围和原理下在形式上和细节上可作出各种修改。从而，所公开的发明仅被认为是示意的，而其范围上的限制仅由附属权利要求书规定。

Claims (10)

1.一种用于磁存储系统的致动器组件，包括：
本体；
第一线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端；
第二线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；
其特征在于还包括：
外致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂之间的所述角状扇区中；以及
内致动器线圈，其固定在所述外致动器线圈上，所述内致动器线圈位于所述外致动器线圈内部并和所述外致动器线圈位于同一平面中，所述内致动器线圈和所述外致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的。
2.如权利要求1所述的致动器组件，其中形成所述外致动器线圈的导线匝数等于形成所述内致动器线圈的导线的匝数。
3.一种用于磁存储系统的致动器组件，包括：
本体；
第一线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端；
第二线圈支持臂，其近端从所述本体延伸到远端，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；
前致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂的近端之间的所述角状扇区中；以及
后致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂的远端之间的所述角状扇区中，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈位于同一平面中；
其特征在于所述后致动器线圈和所述前致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的。
4.如权利要求3所述的致动器组件，其中形成所述前致动器线圈的导线匝数等于形成所述后致动器线圈的导线匝数。
5.一种磁存储系统，包括：
磁盘，带有数据磁道的同心数据表面；
支持所述磁盘的主轴，所述主轴用于使所述磁盘绕垂直于磁盘的轴线转动；
浮动块，当磁盘旋转时其和所述数据表面保持运行关系；
附着在所述浮动块上的传感器，用于从所述数据表面读数据和向所述数据表面写数据；
电子模块，用于处理从所述数据表面读出的数据和向所述数据表面写入的数据；以及
致动器，用于相对于所述磁盘径向地移动所述浮动块以使所述传感器访问所述数据磁道，该致动器还包括：确定该致动器的枢轴点的本体；其近端从所述本体延伸到远端的第一线圈支持臂；其近端从所述本体延伸到远端的第二线圈支持臂，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；
其特征在于该致动器还包括：外致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，在所述第一和第二线圈支持臂之间的所述角状扇区中；以及内致动器线圈，其固定在所述外致动器线圈上，所述内致动器线圈位于所述外致动器线圈内部并和所述外致动器线圈位于同一平面中；所述内致动器线圈和所述外致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的；
其特征还在于该磁存储系统还包括第一电流源和第二电流源，在稳定操作和跟踪操作期间向内致动器线圈和外致动器线圈供给方向相反的电流，在查找操作期间供给方向相同的电流。
6.如权利要求5所述的磁存储系统，其中形成所述外致动器线圈的导线匝数等于形成所述内致动器线圈的导线匝数。
7.一种磁存储系统，包括：
磁盘，带有数据磁道的同心数据表面；
支持所述磁盘的主轴，所述主轴用于使所述磁盘绕垂直于磁盘的轴线转动；
浮动块，当所述磁盘旋转时其和所述数据表面保持运行关系；
附着在所述浮动块上的传感器，用于从所述数据表面读数据和向所述数据表面写数据；
电子模块，用于处理从所述数据表面读出的数据和向所述数据表面写入的数据；以及
致动器，用于相对于所述磁盘径向地移动所述浮动块以使所述传感器访问所述数据磁道，该致动器还包括：确定该致动器的枢轴点的本体；其近端从所述本体延伸到远端的第一线圈支持臂；其近端从所述本体延伸到远端的第二线圈支持臂，所述第一和第二线圈支持臂形成在它们之间的角状扇区；前致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，位于所述第一和第二线圈支持臂的近端之间的角状扇区中；以及，后致动器线圈，其固定在所述第一和第二线圈支持臂上，位于所述第一和第二线圈支持臂的远端之间的角状扇区中，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈位于同一平面中；
其特征在于，所述后致动器线圈和所述前致动器线圈的电流方向和强度是相互独立的；该磁存储系统还包括第一电流源和第二电流源，在稳定操作和跟踪操作期间向后致动器线圈和前致动器线圈供给方向相反的电流，在查找操作期间供给方向相同的电流。
8.如权利要求7所述的磁存储系统，其中形成所述前致动器线圈的导线匝数等于形成所述后致动器线圈的导线匝数。
9.一种操作具有同心双线圈的致动器以把传感器移动到磁盘表面上的某数据磁道的方法，其包括步骤：
a)分别对所述致动器的外线圈和内线圈提供相同的顺时针或逆时针方向的外电流和内电流，以把所述传感器移动到该数据磁道附近；以及
b)对所述内线圈提供一种方向的内电流并且对外线圈提供方向相反的外电流，以把所述传感器定位在该数据磁道上并且保持所述传感器在该数据磁道上的定位。
10.一种操作具有前后双线圈的致动器以把传感器移动到磁盘表面上的某数据磁道的方法，其包括步骤：
分别对所述致动器的前线圈和后线圈提供相同的顺时针或逆时针方向的前电流和后电流，以把所述传感器移动到该数据磁道附近；以及
对所述前线圈提供一种方向的前电流并且对所述后线圈提供方向相反的后电流，以把所述传感器定位在该数据磁道上并且保持所述传感器在该数据磁道上的定位。
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