CN2582102Y - 磁柱硬盘 - Google Patents

Abstract

一种用于存储各类数据的计算机系统外部设备，称为磁柱硬盘。磁柱硬盘金属外壳略成正方形，密封隔尘，内部保持超洁净，主体结构是，主轴电机带动纯圆形空心薄壁，表面镀磁的非铁磁性刚性金属柱或刚性非金属柱，称为磁柱(COLUMN)，磁柱双面的数据读写由顺着磁柱纵向，其读写尖端与磁柱上任意一点切线垂直的直线电机驱动的多个读写头同步进行。磁柱改善了数据读取环境，提高了硬盘效率和抗振性能。主轴电机和相应电路可以与磁柱分离的小型化磁柱硬盘呈圆柱形，密封隔尘，内部超洁净，可以方便地运用于数字相机等各类数字设备中。DVD或VCD中的光盘也可以比照磁柱做成光柱(LIGHT COLUMN)。

Description

磁柱硬盘

所属技术领域

本实用新型涉及一种计算机系统中最常用的专用于存储各类数据的重要部件，通常称为硬盘。本实用新型名称定为磁柱硬盘，是由于本实用新型硬盘中数据载体由磁盘改成了一种纯圆，空心薄壁双面都可以镀磁的非铁磁金属或非金属刚性柱形体，称之为磁柱(COLUMN)。

背景技术

在计算机系统中，硬盘存储器的存储容量大，读写速度比软盘快，密封性好、可靠性高，使用方便，是当前计算机系统中最主要的外部存储设备。

自1956年IBM推出名为RAMA350(RANDOM ACCESS METHOD OFACCOUNTING CONTROL)的世界上第一块商用计算机硬盘以来，四十多年中，硬盘在控制技术、接口标准、机械结构等各方面都进行了一系列重大改进。目前，新的硬盘技术不断涌现，促使硬盘朝着容量更大、体积更小、速度更快、性能更可靠的方向发展。现今最流行的硬盘是使用“温彻斯特”(WINCHESTER)技术，驱动高度洁净空间里一张或数张表面镀磁的非铁磁性金属或非金属圆盘刚性薄片，对计算机系统中各类数据进行输入输出和存储，硬盘数据的存储容量由硬盘中盘片的面数、每面上的磁道数、每磁道上的扇区数和每扇区的字节数所决定，即：容量＝面数×每面磁道数×每磁道扇区数×每扇区字节数

其中，盘片的面数由总的容量要求设定；每扇区字节数系由计算机设计体系早期统一固定为512字节；而每面磁道数和每磁道扇区数则由工艺技术所确定。所谓磁道是盘片上同一圆平面内的一系列同心圆，很明显，每个磁道半径都各不相同，但这些磁道却被均分为若干个等值(512字节)的扇区。以目前使用最多的3.5英寸(90毫米)盘片为例，假设磁头的着陆区半径为20毫米，那么最外圈扇区占用磁道长度总是最内圈扇区占用磁道长度的2.2倍左右，这就意味着，如果最内圈1个扇区存放的512字节数据占用磁道长度为1的话，在最外圈1个扇区同样只存放512字节数据却要占用2.2倍于最内圈1扇区所占用的磁道长度。这样对磁道的使用造成了很大的浪费，也就是说，损失了很大的存储空间。这种状态的另一个问题是，主轴电机恒角速转动时，由于盘片上线速度的巨大差异，硬盘内部数据传输速率(DATE TRANSFER RATE)也随时不同，其平均速率约在标定最高传输速率的0.6倍左右。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于硬盘中双面或单面镀磁的，用非铁磁性刚性金属或刚性非金属制作的纯圆、空心、薄壁柱形数据存储载体，统称为空心磁柱，简称为磁柱(COLUMN)而磁柱上全部磁道位于相对磁柱中心轴相同半径的圆上，在这条件下512字节基本存储单元的扇区全部都均等地位于磁柱柱面上相同半径的所有磁道上。

采用磁柱方案的硬盘最突出的特点在于，同一磁柱上全部扇区都可以占用相同的长度，因此，扇区长度就可以以其最佳长度统一确定。由于所有磁道的半径一致，扇区长度没有丝毫浪费。以直径90毫米的硬盘盘片为例，假设单张磁盘盘片上最内圈的单个扇区长度为2毫米，则盘片每一磁道上的扇区数只能为2⁶-1＝63个；同样情况下，磁柱中每一磁道上的扇区仍占2毫米，而每一磁道的扇区数则可达141个，以最趋近的2ⁿ-1个扇区数目计，为2⁷-1＝127个，可见两者的差别十分明显。

本实用新型的技术方案是在通常硬盘密封方式的硬盘壳体中，将其中的磁盘盘片(统统以直径90毫米为例)改变为圆形空心薄壁磁柱，最大磁柱外径中心线为90毫米，制造材料仍然是以非铁磁性金属如合金铝或合金铜或者是非金属材料如特制玻璃等作为磁柱空心薄壳的基本壳体，再在壳体两侧面以电镀连续薄膜磁介质或是真空溅射连续薄膜磁介质方式，镀上高矫力磁介质，作为磁柱硬盘中的数据存储载体。磁柱与主轴电机采用封闭式整体连接方式，即主轴电机的转子与一平整光洁的非铁磁性金属或非金属圆盘(此称连接盘)垂直紧固，连接盘直径与最大磁柱外径相同，且磁柱的上端(或下端)圆环同样以其侧壁纵向与连接盘呈垂直状态刚性连接，磁柱的另一端圆环同样以其侧壁纵向与硬盘壳体中与主轴电机对面固定的整体环状轴承支承面(其直径与所需承接的磁柱外径相同)垂直结合。这时，连接盘上的主轴电机轴心，磁柱圆心延伸线以及环状轴承平面的圆心都在同一直线上。在磁柱硬盘环状轴承之间，与环状轴承平面垂直地安装读写磁头的磁头架和磁头架上相应的直线驱动电机以及读写磁头。最终读写磁头的数据读写尖端纵向应与磁柱上任一相应磁道任一对应点的切线垂直。由于磁柱的空间状态较为优越，所以，为加快数据存取速率，在考虑扇区交叉因子和计算机硬盘处理器的后处理动作快慢的前提下，对于任何单一磁道，都可以在本实用新型中设置多个读写磁头来进行相应操作。应当注意的是，全部读写磁头的同步动作是十分关键的。

本实用新型在综合考虑所需数据存储容量的要求前提下，尽可能采用单磁柱结构为好，采用多层结构则要充分照顾到扇区的利用率。

本实用新型可以做成活动硬盘。将其缩小，可以将控制电路和主轴电机移至外部(主轴电机也可以做在硬盘内)，还可以用作数码摄像机和数码相机等数字设备的主存储单元。具体方案如下：将硬盘的控制电路、主轴电机等移入相关的数设备中(也可保留在硬盘中)，密封的硬盘壳体形状设计成圆柱形，大小与胶卷相仿(甚至可以做得很细，如象一枝钢笔粗细)，壳中磁柱的固定方式和读写磁头及其支架的安装方式与前述运用磁柱硬盘一致，只是在顶端(或底端)设置卡座、密封环和相应的数据插座、跳线座等，以便于与主轴电机妥善对接，并有效地保持密封壳体中高度清洁空间与外界的数据沟通。通常这种运用于数码相机等数字设备中的微型硬盘内部以单柱结构为最佳。

依上述原理，数字设备中使用光盘的地方，也可以改造为使用“光柱”。其最突出的特点就是可以简化电机控制线路，使电机以单一的恒速(恒角速或恒线速)转动，从而取得更好的读取效果。

在将“盘”改为“柱”后，尤其是硬盘系统，由于扫描驱动机构在“柱”的两边安装，所以其面积可以缩小，体积也可以控制得较小。在磁盘机构的硬盘中，扫描寻迹呈“弧形”机动(以驱动轴为同心的圆弧)，相对于磁柱机构的硬盘，由于其寻迹轨道亦呈直线，在同样密度的信息面上，磁柱机构的寻迹时间要短；磁柱系统中，磁柱本身两端都被固定，再加上柱形本身在同心圆转动中比起盘形的结构强度要好，由于柱形结构本身的原因，同样情况下的抗振性能、可靠性也较盘形要强；与盘形结构的扫描驱动机构相比，由于其读写磁头控制在一个很小的动作范围内，磁头的飞高性能可以提高。

在磁柱硬盘中，还有一个十分突出的特点，就是因为结构位置的原因，允许在其中就同一磁道的数据读写设置多个读写磁头(例如2个，3个，4个等)与相应“交叉因子”配合，可以显著地提高硬盘使用效率。在硬盘的容量上，也可以通简单的计算看出其中差异。

假设一个硬盘的单盘片每面有1024个磁道，每磁道有63个扇区，(计算机中BIOS对硬盘的识别模式不计，仅就在盘上的物理刻划而言。)则

磁盘容量＝512×1024×63＝33030144(字节)

而同样直径的磁柱，设每面仍为1024个磁道，但因其全部扇区长度相同，所以取其扇区长度与磁盘最短扇区长度相同，则磁柱上扇区在同样条件下可划分为128个，所以

磁柱容量＝512×1024×128＝67108864(字节)

很明显，在同样条件下，单面磁柱的数据容量是单面磁盘的2倍。就其数据读写的优势而言，如果再采用最新技术刻划磁柱上磁道密度和数据扇区密度，并且采用最新读取数据的磁头方式，其容量将是十分巨大的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是以90毫米(3.5英寸)直径为标准的磁柱(COLUMN)。图中

1.磁柱本体；本体旋转剖视图A-A中2.端头着陆区；3.中间腰部着陆区(三个着陆区在制造中根据需要选择一个)。

图2是以90毫米(3.5英寸)直径为标准的单磁柱硬盘。图中：1.硬盘底壳；硬盘旋转剖视图A-A中2.硬盘外壳；3.空气过滤器；4.联结电缆插座；5.上部转子轴承；6.下部磁柱支承轴承；7.转子；8.定子；9.磁柱；10.直线电机导轨；11.直线电机线圈；12.读写头；13.电路板。

图3是用于各类数字设备的小型化磁柱硬盘。(图中系自带主轴电机形式)图中：1.硬盘底部引出线插座；2.与数字设备的连结卡笋；硬盘旋转剖视图A-A中3.外壳；4.空气过滤器；5.下部磁柱支承轴承；6.上部转子轴承；7.转子；8.定子；9.磁柱；10.直线电机线圈及其上的读写头；11.直线电机导轨；12.电路板。

图4是比照磁柱的光柱外形，剖视图A-A中：1.光柱；2.光柱底盘；3.连接孔。

具体实施方式

本实用新型涉及一系列精密的光机电操作制作过程。本实用新型内部实际上是高度洁净的密封空间，空气过滤器将滤除任何直径超过0.2微米的灰尘；全部壳体、底座、支柱、导轨等都将经过精密压铸等最先进的加工工艺制作；磁柱的制作方式与磁盘类似；全部轴承都可以考虑用粘膜液油轴承技术来施行，这样做有三点好处：

1.避免了金属面的直接摩擦，噪声和温度可降到最小；

2.由于油膜可吸收振动，其抗振能力大幅度提高；

3.使用寿命加长。

事实上，现代硬盘的各类加工技术都可直接用于磁柱硬盘的生产过程中。

Claims (6)

1、一种磁柱硬盘，系专用于存储大量数据的计算机系统中通用外部设备，主体用金属外壳密封、隔尘，内部保持超洁净，存储主体通常为一个或数个用非铁磁性金属或非金属刚体做成纯圆形空心薄壁双面镀磁的圆柱，称为磁柱(COLUMN)，其特征是：磁柱硬盘中，主轴电机转子与磁柱顶端圆环全面刚性固定，磁柱底端圆环与硬盘底部环形轴承支承环全面紧固，主轴电机转子平面与其相对底部环形轴承平面完全平行，主轴电机的转轴中心延伸线就是磁柱圆心延伸线，并且垂直穿过底部环形轴承平面的圆心，使用两个以上磁柱的磁柱硬盘，每个磁柱的转轴在同一转轴直线上，且每个磁柱都同时垂直于主轴电机转子和底部环形轴承平面；磁柱硬盘中的数据读写磁头可以是N个，可根据需要成组出现，读写磁头单元采用直线电机，磁头上下运动方向与磁柱立面完全平行，磁头尖端纵向与磁柱上任一磁道任一点的切线垂直，磁头的着陆区可以选择在磁柱两端之一，也可以选择在中间，这样有利于缩短磁头的寻迹时间；当磁柱硬盘做成便携式或用在诸如数字相机那样的数字设备中而小型化时，磁柱硬盘的外壳可呈圆柱形，密封、隔尘，内部为洁净空间，磁柱上下端口与上下两个环状轴承的支承环紧密结合，但主轴电机和相应电子线路可以设在使用磁柱硬盘的设备中，主轴电机通过相应卡口与硬盘可靠联结，主轴电机的转轴延伸线垂直穿过磁柱硬盘中磁柱上下两个环状轴承平面的圆心；磁柱的形式可以直接用到经过使用光柱改造的DVD或VCD等数字设备中，称为光柱(LIGHT COLUMN)。

2、根据权利要求1所述的磁柱硬盘，其特征是：磁柱为使用非铁磁性金属刚体或非金属刚体，表面镀磁的纯圆空心薄壁柱体，称为磁柱(COLUMN)，磁柱的两壁都可以镀磁。

3、根据权利要求1所述的磁柱硬盘，其特征是：可以有N个成组设置的数据读写磁头。

4、根据权利要求1所述的磁柱硬盘，其特征是：可以做成便携式和超小型磁柱硬盘，可以将主轴电机与磁柱硬盘本体分离，生成在相应数字设备中；可以将磁柱硬盘相应电子电路与磁柱硬盘本体分离，生成在相应数字设备中。

5、根据权利要求1所述的磁柱硬盘，其特征是：磁头着陆区可选择在磁柱中间腰部区域。

6、根据权利要求1所述的磁柱硬盘，其特征是：磁柱可以单独制作成使用于经过相应使用改造的DVD或VCD等设备中使用的光柱(LIGHTVOLUMN)。

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