DE2925065A1 - Magnetischer wandlerkopf - Google Patents

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

2 Registered Representatives

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European Patent Office

Magnetic Peripherals Inc., MöhlStraBe 37

Minneapolis, Minn., V.St.A. D-8000München80

Tel.: 089/982085-87

Telex: 05 29 802 hnkl d

Telegramme: ellipsoid

21. Juni 1979

596-WG

Magnetischer Wandlerkopf

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Wandlerkopf mit einem Magnetkern, der einen von seiner magnetischen Kernschleife zur Wandlerfläche reichenden Magnetfluß-Spalt aufweist, und mit mindestens einer Spulen-Windung durch die magnetische Kernschleife des Magnetkerns mit Abstand von der Wandlerfläche.

Bei einem typischen, derzeit gebräuchlichen Plattenspeicher werden Daten in konzentrischen Spuren mittels ein und desselben magnetischen Wandlerkopfes bzw. Magnetkopfes eingeschrieben und ausgelesen. Ein solcher Magnetkopf besitzt einen Ferritkern mit einem Magnetflußspalt und einer Wicklung mit 10-20 Windungen. Aufgrund von Fertigungsschwierigkeiten und wegen der verhältnismäßig großen Zahl von Windungen besteht das übliche Vorgehen darin, alle Windungen durch den Schleifenbereich oder Kernschleife (loop area) des Kerns hindurch zu wickeln. (Mit Schleifenbereich ist derjenige Bereich gemeint, um den sich der magnetische Flußpfad schließt.) Die den Magnetflußspalt bildenden Bereiche der Flächen sind im Querschnitt gleich groß oder kleiner als

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die Magnetflußstrecke durch den Kern. In diesem Fall ist der größte Teil der Reluktanz des Kerns im Spalt selbst vorhanden, wodurch die die Einschreibung bewirkende Streuung oder Interferenz (fringing) des Magnetflusses bewirkt wird. Die große Zahl von Windungen liefert die erforderliche magnetomotorische Kraft ohne hohe Stromstärke beim Schreibvorgang; außerdem gewährleistet sie die nötige Empfindlichkeit beim Auslesen.

Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, daß die Einschreibleistung eines zahlreiche Windungen aufweisenden Magnetkopfes dadurch verbessert werden kann, daß eine der Windungen so im Spalt angeordnet wird, daß sie diesen möglichst wenig ausfüllt und dabei möglichst dicht an der Wandlerfläche liegt. Insbesondere hat es sich gezeigt, daß bei Schichtköpfen (deposited heads) mit einer vergleichsweise kleinen Zahl von Windungen eine erhöhte Spaltreluktanz durch eine solche Anordnung der einen Windung nachgeahmt werden kann, wodurch die für den Einschreibvorgang zur Verfügung stehende Magnetflußgröße beträchtlich erhöht wird. Gleichzeitig zeigt es sich, daß das Auslesen von Daten durch diese unterschiedliche Anordnung nicht wesentlich beeinflußt wird.

Bekannt sind zunächst die Einwindungs- bzw. Ring-Magnetköpfe, deren Windung im Spalt liegt. Soweit bekannt, sind diese Magnetköpfe stets so ausgelegt, daß die Windung im wesentlichen den gesamten Spalt einnimmt. Diese Magnetköpfe unterscheiden eich von der Erfindung dadurch, daß nur eine einzige Windung vorgesehen ist, welche den gesamten Spalt ausfüllt, anstatt den Spaltabschnitt neben dem Schleifenbereich freizulassen. Vergl. Journal of Applied Physics, Vol. 42, Nr. 12, December 1971, Analysis of the Efficiency of Thin-Film Magnetic Recording Heads? und

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IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-11, Nr. 5, September 1975, Batch Fabricated Heads from an Operational Standpoint.

Die US-PS 3 805 291 beschreibt einen Magnetkopf, der mehrere Windungen im Spalt aufweist und der sich vom Magnetkopf gemäß der Erfindung dadurch unterscheidet, daß offensichtlich keine Windungen im Schleifenbereich des Kerns vorhanden sind und daß der Kern tatsächlich keinen Magnetflußstrecken-Schleifenbereich aufweist, der einen Bereich umschließt, durch den die Windungen verlaufen. In IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-12, Nr. 6, November 1976, Combined Thin Film Magnetoresistive Read, Inductive Write Heads, beschreiben die Verfasser einen Magnetkopf mit einer im Schleifenbereich liegenden Einschreibwicklung und einer im Spalt angeordneten magnetischen Widerstandswindung (magnetoresistive turn) zum Datenauslesen. Diese beiden Elemente können dabei jedoch als getrennte Einheiten angesehen werden, von denen jeweils eine inaktiv ist, während die andere im Betrieb ist. In für magnetische Widerstandselemente typischer Weise muß der Strom beim Auslesen durch den Leiter im Spalt geleitet werden.

Die genannten Veröffentlichungen offenbaren somit weder eine Wicklung mit einer Windung, die einen der Wandlerfläche am engsten benachbarten Teil des Spalts einnimmt, noch eine Wicklung mit einer oder mehreren Windungen in einem Schleifenbereich des Kerns sowie einer durch den Spalt verlaufenden Windung.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines verbesserten magnetischen Wandlerkopfes bzw. Magnetkopfes der angegebenen Art.

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Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Magnetkopfes mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Schnittdarstellung zur Veranschaulichung idealisierter Magnetflußlinien, die durch den Stromfluß in der Wicklung bzw. Spule erzeugt werden.

Fig. 1 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetkopfes, der auf einem Substrat 10 aus einem Isoliermaterial montiert ist. Obgleich das Substrat 10 ziemlich dünn dargestellt ist, kann die Dicke ohne weiteres sein größtes Maß darstellen, wenn es die gleitende Fläche (flying surface) für den Magnetfluß trägt. Ein Magnetkern 12 bildet die Magnetstrecke und eine geschlossene Magnetbahn um eine Schleifenöffnung 16, außer im Magnetspalt 13. Der Magnetkern 12 trägt eine Wandlerfläche aus Kernflächen 11a und 11b, die während der Wandleroperation dicht über den Aufzeichnungsträger laufen und die durch den Spalt 13 voneinander getrennt sind. Der Magnetkern 12 ist typischerweise nach irgend einem Verfahren, wie mittels Elektronenstrahls oder vorzugsweise nach dem Aufsprühverfahren, schichtartig auf dem Substrat 10 aufgebaut. Eine Wicklung oder Spule 15 umfaßt Windungen 15a, 15b und 15c, die sämtlich gegeneinander isoliert und ebenfalls

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typischerweise durch Ablagerung o.dgl. auf dem Substrat 10 ausgebildet sind. Die Windung 15c ist im Spalt 13 möglichst dicht an den Kernflächen 11a und 11b und mit ihrer Außenseite bündig mit diesen Flächen abschließend angeordnet. Vorzugsweise ist das Verhältnis w/d möglichst klein, worin w = Breite der Windung 15c und d 3 Tiefe des Spalts bedeuten. Typischerweise sind zur Erleichterung der Fertigung der nicht von der Windung 15c eingenommene Teil des Spalts 13 sowie die Spalte zwischen der Wicklung 15 und dem Substrat 10 sämtlich mit einem nicht-magnetischen Isoliermaterial gefüllt, wie dies für den Spalt 13 aus Fig. 2 hervorgeht.

Die Magnetflußlinien 18-20 veranschaulichen die durch die Wicklung 15 in einem Einschreibvorgang erzeugten Magnetfelder. Die Wicklung 15 besitzt etwa 2,5 volle Windungen. Aufgrund dieser Anordnung verlaufen jedoch drei Leiter zwischen den Teilen des Magnetkerns 12 unter Erzeugung eines Magnetflusses in ihm. Die Windung 15c kann als die Magnetflußlinie 19 erzeugend angesehen werden, während die Windungen 15a und 15b die Magnetflußlinien 18 bzw. 20 erzeugen. Wegen der vergleichsweise großen, nicht von der Windung 15c eingenommenen Fläche des Spalts 13 ist ein großer Teil seines Magnetflusses bestrebt, über den Spalt 12 hinaus zu streuen, anstatt den längeren Weg durch den Magnetkern 12 zu nehmen. Dieser Streufluß wirkt dem von den Windungen 15a und 15b erzeugten Magnetfluß entgegen, wodurch eine erhöhte Reluktanz des Spalts 13 nachgeahmt und ein zusätzlicher Anteil dieses Magnetflusses veranlaßt wird, der durch die Linie 18 angedeuteten Strecke neben den Kernflächen 11a und 11b durch die Luft zu folgen. Hierdurch wird die magnetomotorische Kraft des neben dem Spalt 13 in die Luft streuenden Magnetflusses vergrößert und damit die Verwendung von Aufzeichnungsträgern mit höherer Koerzitivkraft ermöglicht. Hierdurch werden

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wiederum größere lineare Bit-Dichten und größere Speicherkapazität des Aufzeichnungsträgers gewährleistet.

Obgleich bei der dargestellten Ausführungsform nur eine einzige Windung 15c im Spalt 13 angeordnet ist, können mit etwas vergrößertem magnetischen Wirkungsgrad auch zwei oder mehr Windungen im Spalt vorhanden sein. Dies hat sich jedoch aus folgenden Gründen als unpraktisch erwiesen: Einmal führt diese Ausbildung offensichtlich zu erhöhtem Fertigungsaufwand und zu Fertigungsschwierigkeiten. Zum zweiten besteht das einfache physikalische Problem, im Spalt 13 ein ausreichend großes Volumen zur Aufnahme der zusätzlichen Windungen zu finden. Wie erwähnt, sollte das Verhältnis w/d möglichst klein sein, und die Windung 15c sollte möglichst dicht an den Wandlerflächen 11a und 11b angeordnet sein. Für die Genauigkeit des Auslesens von Daten ist es von Bedeutung, daß die Spaltlänge 1 möglichst klein ist. Beim Einschreiben ist außerdem eine vergleichsweise große Magnetflußgröße von etwa 1 Amperewindung für einen ausreichenden Einschreibpegel nötig. Bei Anwendung einer Wicklung oder Spule, wie der Wicklung mit zwei oder drei Windungen, muß der Strom in der Größenordnung von einigen 100 mA liegen, was einen vergleichsweise großen Leiterquerschnitt bedingt, um überhitzung und Ionenwanderung zu verhindern. Im Hinblick auf alle diese einander wiedersprechenden Erfordernisse und Einschränkungen empfiehlt es sich, im vorliegenden Fall nur eine einzige Windung im Spalt 13 anzuordnen, obgleich technische Änderungen und technische Vorteile zeitweilig die Anordnung von zwei oder mehr Windungen im Spalt 13 zweckmäßig erscheinen lassen.

Ähnliche Überlegungen gelten sinngemäß für die Anwendung der Erfindung auf herkömmliche Magnetköpfe mit 10 - 20 Windungen und mit Ferritmagnetkernen. Auf die Anordnung von

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einer oder mehreren Windungen im Spalt wird normalerweise deshalb verzichtet, weil die Fertigung eines Ferritkerns mit einer im Spalt angeordneten Windung außerordentlich schwierig ist. Durch die beim Zusammensetzen eines solchen Magnetkerns angewandten Wärme- und Druckeinwirkungen wird der Leiter beschädigt. Weiterhin liefern die dabei normalerweise vorgesehenen 10-20 Windungen beim Einschreiben ausreichende Magnetflußgrößen, ohne daß auf einen im Spalt befindlichen Leiter zurückgegriffen zu werden braucht. Außerdem wäre wegen der ziemlich großen Zahl von Windungen in der Wicklung oder Spule der für das Einschreiben zur Verfügung stehende, durch einen Spalt-Leiter erzeugte zusätzliche Streumagnetfluß im Vergleich zu einem Magnetkopf mit nur zwei Windungen im Schleifenbereich, der bereits unzureichende Randschreibleistung besitzt, verhältnismäßig klein. Schließlich ist die Querschnitts fläche des Magnetkerns am Spalt im Fall solcher bisheriger Magnetkerne so klein, daß nur ein geringer Streufluß von der Windung über den Spalt auftritt. Zweifellos könnte jedoch der Einschreibmagnetfluß beim herkömmlich gewickelten Ferritkern-Magnetkopf durch Anordnung einer Windung im Spalt etwas vergrößert werden.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   .I Magnetischer Wandlerkopf mit einem Magnetkern, der einen von seiner magnetischen Kernschleife zur Wandlerfläche reichenden Magnetfluß-Spalt aufweist, und mit mindestens einer Spulen-Windung durch die magnetische Kernschleife des Magnetkerns mit Abstand von der Wandlerfläche, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens eine Windung (15c) der Wicklung (15) zwischen den Flächen des Magnetfluß-Spalts (13) neben bzw. an der Wandlerfläche (11a, 11b) erstreckt und dabei weniger als die gesamte Höhe des Spalts (13) einnimmt.
2. 2. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkante des Leiters bzw. der Windung im Spalt im wesentlichen bündig mit der Wandlerfläche abschließt.
3. 3. Wandlerkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfluß-Spalt eine einzige Windung der Wicklung angeordnet ist.

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4. 4. Wandlerkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Magnetfluß-Spalt eine einzige Windung der Wicklung angeordnet ist.
5. 5. Wandlerkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Windung im Magnetfluß-Spalt nur einen Bruchteil desselben einnimmt.
6. 6. Wandlerkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkante des Leiters bzw. der Windung im Spalt im wesentlichen bündig mit der Wandlerfläche abschließt.

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