專利名稱：用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的基于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種磁盤驅(qū)動(dòng)器，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種通過(guò)基于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度傳感器將θ動(dòng)力產(chǎn)生的磁道位置錯(cuò)誤(TMR)減到最少的磁盤驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)支架系統(tǒng)存在旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的情況下，硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)的持續(xù)的數(shù)據(jù)速率通常會(huì)降低。旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)可能由一組HDD中的隨機(jī)尋道活動(dòng)產(chǎn)生，消費(fèi)者越來(lái)越關(guān)心性能下降的潛力。
在每英寸的磁道數(shù)(TPI)高時(shí)，磁盤驅(qū)動(dòng)器的被稱為“θ動(dòng)力”的平面旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(θ坐標(biāo))會(huì)直接影響磁頭定位精度。從多個(gè)方面開(kāi)發(fā)了對(duì)這種振動(dòng)的解決方案，從新的支架系統(tǒng)到復(fù)雜的傳感器和伺服算法。然而，如何找到旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)速度或加速度的經(jīng)濟(jì)合算的感應(yīng)方法是一個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)解決該問(wèn)題的解決方案。
磁盤驅(qū)動(dòng)器的基板會(huì)沿著三個(gè)線性(X、Y、Z)和三個(gè)角(Ф、Ψ、θ)坐標(biāo)發(fā)生剛體運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)前一代1.0”、2.5”和3.5”硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)是分別為在便攜和桌面/服務(wù)器環(huán)境中操作而設(shè)計(jì)的。為降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的成本和重量，制造商通常利用薄的構(gòu)件制造HDD支架。因此，計(jì)算機(jī)機(jī)身是一種容易受振動(dòng)影響的目標(biāo)。這樣的支架配置使磁盤驅(qū)動(dòng)器易受內(nèi)部或外部源引起的振動(dòng)的影響。帶有旋轉(zhuǎn)式傳動(dòng)器系統(tǒng)的HDD對(duì)其基板的平面旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)高度靈敏。
此外，HDD還包括一個(gè)執(zhí)行三個(gè)關(guān)鍵任務(wù)的磁頭定位伺服系統(tǒng)。
首先，伺服系統(tǒng)在尋道模式下使用速度伺服系統(tǒng)在最短的時(shí)間內(nèi)將磁頭向目標(biāo)的附近移動(dòng)。然后，它使用位置控制器以最少的穩(wěn)定時(shí)間將磁頭定位在目標(biāo)磁道上，而沒(méi)有積分項(xiàng)(例如，電容)。最后，伺服系統(tǒng)以比例--積分--微分型(PID)位置控制器進(jìn)入磁道跟蹤模式。
然而，在尋道模式下，減速扭矩前面的最大旋轉(zhuǎn)加速度扭矩是由基于音圈電機(jī)(VCM)的傳動(dòng)器給予的?；迳系膶?duì)應(yīng)的反扭矩導(dǎo)致瞬時(shí)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，可能會(huì)對(duì)讀寫磁頭的定位精度有害。然而，隨機(jī)振動(dòng)的存在會(huì)影響磁道跟蹤精度(對(duì)穩(wěn)定性能也會(huì)稍微產(chǎn)生一些影響)。
在本發(fā)明之前，一直沒(méi)有合適的解決隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的方法，因此它對(duì)HDD傳動(dòng)器系統(tǒng)的磁道跟蹤精度產(chǎn)生重大的影響。
當(dāng)前的3.5”磁盤驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)達(dá)到了40kTPI，在2001年之后，它預(yù)計(jì)會(huì)超過(guò)50kTPI。在存在振動(dòng)干擾的情況下，提高磁道密度的主要障礙是磁頭定位精度不足。由于TPI呈指數(shù)速度增長(zhǎng)，在磁道上定位讀取/寫入元件已經(jīng)成為主要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的伺服控制系統(tǒng)要求連續(xù)的創(chuàng)新，以在越來(lái)越困難的工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
諸如主軸電機(jī)組件之類的機(jī)械部件不能達(dá)到很好的質(zhì)量平衡，在操作期間它們會(huì)產(chǎn)生諧波振動(dòng)。諧波振動(dòng)激勵(lì)會(huì)使整個(gè)HDD系統(tǒng)產(chǎn)生線性和旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有補(bǔ)償時(shí)，磁道間距的15％的磁道跟蹤誤差可能會(huì)磁盤驅(qū)動(dòng)器的“軟”和“硬”誤差率性能有害。由于這種內(nèi)部產(chǎn)生的周期振動(dòng)導(dǎo)致的定位誤差可以使用這里引用的美國(guó)專利No.5,608,586中說(shuō)明的伺服方法加以解決。
通過(guò)使用特殊的沖擊與振動(dòng)隔離支架設(shè)計(jì)，由于內(nèi)部主軸強(qiáng)制產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)部件可以按照這里引用的美國(guó)專利No.5,400,196講述的方法減到最少。然而，如美國(guó)專利No.5,400,196所述的用于消除內(nèi)部主軸振動(dòng)的影響的支架設(shè)計(jì)仍會(huì)容易受到外部輸入振動(dòng)的影響。通過(guò)沿著滿足由日本專利No.2,565,637定義的特定條件集的多邊形配置隔離機(jī)架，在HDD上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的外振動(dòng)輸入可以減到最少。
在這里引用的美國(guó)專利No.6,122,139中，提出了使用輔助傳動(dòng)器通過(guò)產(chǎn)生反扭矩抵消該反力的方法。利用新穎的感應(yīng)和控制解決方案的HDD可以提供一種對(duì)隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題的增強(qiáng)的解決方法。
如圖1A-1C所示，這里引用的美國(guó)專利No.5,721,457，顯示了磁盤驅(qū)動(dòng)器中的PZT配置101、102，其中利用磁盤驅(qū)動(dòng)器的質(zhì)量和慣性作為振動(dòng)體以很大的靈敏度測(cè)量角加速度和線性加速度。
即，圖1(a)說(shuō)明了磁頭磁盤組件100，圖1(b)比較詳細(xì)地說(shuō)明了用于測(cè)量加速度的壓電應(yīng)變傳感器101、102，圖1(c)說(shuō)明了遭受沖擊和振動(dòng)的用戶框架104上的磁頭磁盤組件100，具有PZT101、102，向組件105提供角加速度和線性加速度輸入，從而產(chǎn)生禁止寫入信號(hào)。
使用PZT的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是它們對(duì)沿著多個(gè)軸的應(yīng)力敏感，因此，它們還響應(yīng)除θ動(dòng)力之外的振動(dòng)輸入。
為產(chǎn)生100-1000Hz范圍內(nèi)的高保真度信號(hào)，PZT配置的大小必須比較大，這樣的設(shè)計(jì)不與磁盤驅(qū)動(dòng)器中的電卡高度和制造要求兼容。另一方面，減少PZT量會(huì)產(chǎn)生比較差的信號(hào)質(zhì)量(即，特別是低頻范圍(～100Hz)內(nèi)的信號(hào)漂移不容易得到穩(wěn)定)。
本發(fā)明的發(fā)明人的基于測(cè)量的體驗(yàn)是信號(hào)穩(wěn)定性和噪聲在使用小型PZT配置中的主要問(wèn)題。PZT信號(hào)中的突然漂移可能導(dǎo)致人們所不希望的寫入中止?fàn)顩r。使用PZT進(jìn)一步使匹配單獨(dú)的PZT增益和熱敏度的問(wèn)題復(fù)雜化。通過(guò)提供新型機(jī)械結(jié)構(gòu)，可以沿著期望的方向提高，沿著其余的方向最大限度地減少PZT的靈敏度。然而，嚴(yán)格的消除動(dòng)力的影響的要求使應(yīng)用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的PZT傳感器的成本非常昂貴。
通過(guò)配置PZT傳感器201、202，如圖2所示，和信號(hào)調(diào)節(jié)算法，傳統(tǒng)的系統(tǒng)200(例如，參見(jiàn)這里引用的A.Jinzenji et al.＂Acceleration feedforward control against rotational disturbance inhard disk drives，＂APMRC-Nov.6-8 2000，TA6-01-TA6-02；授予Sidman等人的美國(guó)專利No.5,426,545)顯示了對(duì)隨機(jī)振動(dòng)的前饋解決方案。沒(méi)有其他創(chuàng)新，PZT傳感器201、202本身不會(huì)產(chǎn)生高質(zhì)量輸出。圖1還說(shuō)明了前饋補(bǔ)償器203和傳統(tǒng)的伺服204。
另一種方法使用電容感應(yīng)微型機(jī)械設(shè)備(例如，參見(jiàn)C.Hemden，“Vibration cancellation using rotational accelerometer feedforwardin HDDs，”Data Storage，November，2000，pp.22-28)，該方法試圖產(chǎn)生質(zhì)量θ加速度傳感器。然而，傳感器大小、帶寬和成本被認(rèn)為是微型電動(dòng)機(jī)械傳感器(MEMS)的局限性。
如此，傳統(tǒng)的傳感器沒(méi)有能力適當(dāng)?shù)靥幚黼S機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，因此它對(duì)HDD傳動(dòng)器系統(tǒng)的磁道跟蹤精度產(chǎn)生重大的影響，一直也沒(méi)有產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)合算的用于感應(yīng)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)速度或加速度的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于傳統(tǒng)的方法和結(jié)構(gòu)的上述及其他問(wèn)題、缺點(diǎn)和缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種方法和結(jié)構(gòu)，以便解決隨機(jī)振動(dòng)問(wèn)題，消除它對(duì)HDD傳動(dòng)器系統(tǒng)的磁道跟蹤精度產(chǎn)生的重大影響。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是使用基于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度的傳感器最大限度地降低θ動(dòng)力產(chǎn)生的TMR誤差。
在第一方面，一種容易受到線性振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)，包括一個(gè)獨(dú)立傳感裝置，用于感應(yīng)預(yù)先確定的頻率范圍內(nèi)的HDD旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度分量。
在本發(fā)明的第二方面，一種磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括主音圈電機(jī)(VCM)，以及反-電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器，該傳感器可圍繞一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，基本上對(duì)線性振動(dòng)不敏感，有選擇地共享主VCM的磁通。
如此，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，磁盤板的平面中的基板的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)由于有限的伺服反饋增益導(dǎo)致跟蹤誤差。開(kāi)發(fā)了一種具有慣性占支配地位的“樞軸-橫梁”結(jié)構(gòu)的傳感器，以由單個(gè)磁性EMF(電動(dòng)勢(shì))發(fā)生器測(cè)量基板的角速度。
如此，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用基于雙壓電(PZT)傳感器的加速度前饋解決方案。這樣的PZT傳感器系統(tǒng)易于將線性振動(dòng)的一部分注冊(cè)為旋轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)。相反，本發(fā)明的基于EMF的速度感應(yīng)不容易產(chǎn)生人們所不希望的線性振動(dòng)拾振。
由于EMF-傳感器是在幾乎無(wú)電需要放大的電壓感應(yīng)模式下操作的，因此信號(hào)調(diào)節(jié)要求不十分嚴(yán)格，也不容易受熱誘導(dǎo)阻力變化的影響，與基于電荷發(fā)生的PZT傳感器方法相比，價(jià)格也不是十分昂貴。檢測(cè)RV運(yùn)動(dòng)所要求的角位移只是很小的度數(shù)，因此基于撓性構(gòu)件的樞軸系統(tǒng)比較適于這種傳感器。
此外，傳感器的幾何形狀也經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以沿著所有其他坐標(biāo)為角運(yùn)動(dòng)提供最高靈敏度，給振動(dòng)提供最小的靈敏度。通過(guò)共享主VCM的磁氣隙磁通，傳感器的成本被最大限度地降低。通過(guò)由彎曲軸承支持傳感器，樞軸功能的成本被進(jìn)一步降低。通過(guò)修改慣性閂的杠桿臂，可以以最少的成本實(shí)現(xiàn)傳感器功能。
如此，本發(fā)明的基于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)速度的伺服補(bǔ)償傳感器系統(tǒng)優(yōu)于傳統(tǒng)的配置。


通過(guò)參考附圖，從下面對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中可以更好地理解上述及其他目的、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1(a)-1(c)說(shuō)明了在傳統(tǒng)的配置中使用雙PZT傳感器101、102檢測(cè)角加速度；圖2說(shuō)明了傳統(tǒng)的配置中的使用PZT傳感器201、202的加速度前饋控制；圖3(a)說(shuō)明集成了反EMF傳感器302的磁盤驅(qū)動(dòng)器300中的前饋回路，圖3(b)比較詳細(xì)地說(shuō)明了圖3(a)的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器302；圖4(a)-4(c)說(shuō)明了反EMF傳感器400的元件；圖5(a)-5(d)說(shuō)明了反EMF傳感器500的彎曲樞軸；圖6說(shuō)明了共享VCM的共用的氣隙磁通的反EMF傳感器的位置；圖7說(shuō)明了具有樞軸點(diǎn)的獨(dú)立的支持的反EMF傳感器的另一個(gè)位置；圖8說(shuō)明了主VCM的軛系統(tǒng)提供的反EMF傳感器的樞軸點(diǎn)；圖9(a)-9(b)說(shuō)明了支持由閂系統(tǒng)組件共享的反EMF線圈的臂；圖10(a)-10(c)說(shuō)明了具有最大慣性臂的在驅(qū)動(dòng)器組件外部配置的反EMF傳感器；圖11(a)-11(b)說(shuō)明了位于電路卡組件附近的反EMF傳感器；圖12(a)-12(b)說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的反EMF傳感器的測(cè)量的傳輸函數(shù)(輸入＝RV加速度，輸出＝反EMF；角速度/角加速度)；圖13(a)和13(b)分別說(shuō)明了與同一輸入振動(dòng)的反EMF傳感器相比的PZT傳感器的時(shí)間域輸出；圖14(a)和14(b)說(shuō)明了反EMF傳感器的前饋控制傳輸函數(shù)；圖15說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)對(duì)三種配置的位置誤差信號(hào)(PES)的影響，具體來(lái)說(shuō)，在各種控制條件下與PES的輸入-RV加速度的測(cè)量的傳輸函數(shù)；圖16說(shuō)明了在200Hz正弦激勵(lì)下PZT和反EMF傳感器的功率譜；圖17(a)-17(c)說(shuō)明了與PZT傳感器相比兩種不同的形狀因數(shù)反EMF傳感器的輸出；圖18(a)-18(b)說(shuō)明了兩種形狀因數(shù)反EMF傳感器的傳輸函數(shù)特征；圖19說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)四種配置的位置誤差信號(hào)的影響；圖20(a)-20(b)說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)隨機(jī)振動(dòng)對(duì)位置誤差信號(hào)的影響；圖21(a)-21(b)說(shuō)明了在旋轉(zhuǎn)隨機(jī)振動(dòng)下位置誤差信號(hào)的功率譜；圖22說(shuō)明了反EMF傳感器位于磁盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)2200的等距視圖；圖23說(shuō)明了不連續(xù)的反EMF傳感器2300的分解圖；圖24說(shuō)明了包括鑄造金屬或塑料模制體的低成本傳感器體組件2400；圖25說(shuō)明了一種低成本傳感器體組件2500，其特征在于，金屬?gòu)澢w地澆鑄或模制到傳感器體中；圖26說(shuō)明了傳感器體組件2600的低成本實(shí)施例，其特征在于，彎曲元件是注射模制塑料部件的組成部分；以及圖27(a)和圖27(b)說(shuō)明了瞬時(shí)振動(dòng)模式對(duì)傳統(tǒng)的PZT傳感器的響應(yīng)的影響(圖27(a))以及對(duì)根據(jù)本發(fā)明的速度傳感器的影響(圖27(b))具體實(shí)施方式
現(xiàn)在請(qǐng)參看附圖，具體來(lái)說(shuō)參看圖3(a)-27(b)，它們顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)的優(yōu)選的實(shí)施例。
優(yōu)選的實(shí)施例請(qǐng)看圖3(a)和3(b)，磁盤驅(qū)動(dòng)器300的傳動(dòng)器在尋道期間產(chǎn)生反扭矩。在有多個(gè)以陣列形式排列的驅(qū)動(dòng)器的計(jì)算機(jī)配置中，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的多個(gè)反力產(chǎn)生了振動(dòng)譜。
振動(dòng)(例如，線性和旋轉(zhuǎn))譜的形式和大小是系統(tǒng)特定的，但它傾向于是限帶功率譜，與有限數(shù)量的諧波交替。基板振動(dòng)，特別是沿著X、Y和Z附近(例如，坐標(biāo)θ)的振動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生TMR。
如上所述，對(duì)TMR的主要影響來(lái)自θ動(dòng)力。傳動(dòng)器質(zhì)量不平衡通過(guò)由傳動(dòng)器樞軸的線性振動(dòng)產(chǎn)生的扭矩干擾對(duì)TMR產(chǎn)生影響，但名義上不平衡量是微不足道的。
主軸電機(jī)軸承的適應(yīng)性還可能會(huì)由于其旋轉(zhuǎn)軸的X、Y振動(dòng)產(chǎn)生人們所不希望的TMR。主軸軸承組件預(yù)計(jì)在流體動(dòng)力軸承而不是滾珠軸承的情況下變得更壞。
本發(fā)明力圖使用基于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度的傳感器最大限度地降低θ動(dòng)力產(chǎn)生的TMR誤差。如圖3(a)所示，磁盤驅(qū)動(dòng)器300包括對(duì)旋轉(zhuǎn)敏感的反EMF傳感器302，用于開(kāi)發(fā)和顯示這里引用的上述待審批的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/_,_中的算法的有效性。
術(shù)語(yǔ)“反饋”和“前饋”指的是在控制系統(tǒng)領(lǐng)域已知的一般原理。傳統(tǒng)的系統(tǒng)(例如，如美國(guó)專利No.5,400,196和日本專利No.2,565,637中說(shuō)明的)使用了一種前饋方法，在該方法中，測(cè)量基板的角加速度，并將同一角加速度應(yīng)用于傳動(dòng)器臂，以減少或消除對(duì)應(yīng)的TMR分量。測(cè)量的RV加速度由增益參數(shù)修改(并借助于噪聲消減過(guò)程)，并應(yīng)用于VCM傳動(dòng)器。
如此，為實(shí)現(xiàn)一種解決方案，需要一種優(yōu)質(zhì)RV加速度感應(yīng)技術(shù)，如下文所說(shuō)明的。所使用的算法本身只不過(guò)是一種增益調(diào)整操作。盡管如此，由于信號(hào)調(diào)節(jié)需要，可以進(jìn)行一些創(chuàng)新，以增強(qiáng)前饋算法，例如，在信號(hào)噪聲減少領(lǐng)域。
優(yōu)選情況下，本發(fā)明使用基于反EMF的RV速度傳感器，這種傳感器易于開(kāi)發(fā)，并且制造起來(lái)價(jià)格也不是十分昂貴。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，如果可以發(fā)現(xiàn)一種采用RV速度傳感器的算法(例如，方法)，加速度傳感器引起的任何局限性都可以消除。下文將說(shuō)明這樣的傳感器。
可以使用在設(shè)計(jì)磁盤驅(qū)動(dòng)器主VCM傳動(dòng)器方面的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)只對(duì)沿著θ坐標(biāo)的角運(yùn)動(dòng)敏感的速度傳感器。因此，在本發(fā)明中追求一種新型的反EMF傳感器。
工業(yè)級(jí)的計(jì)算機(jī)外殼在大約100到大約1000Hz范圍內(nèi)常常具有產(chǎn)生共振的TMR。存儲(chǔ)器工業(yè)的趨勢(shì)是生產(chǎn)具有不超過(guò)10ms的完全尋道時(shí)間和小于5ms 1/3尋道時(shí)間的磁盤驅(qū)動(dòng)器。這種特征趨勢(shì)暗示，隨機(jī)激勵(lì)頻率預(yù)計(jì)不會(huì)低于100Hz。在最高頻譜上，1ms的單磁道尋道對(duì)應(yīng)于1kHz(尋道脈沖的強(qiáng)度沒(méi)有完全尋道的尋道脈沖強(qiáng)度大。)因此，計(jì)算機(jī)機(jī)身上的任一點(diǎn)上的隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)被限制在大約100Hz到大約1kHz之間。諸如風(fēng)扇之類的冷卻系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生60Hz振動(dòng)，該振動(dòng)由傳統(tǒng)的伺服環(huán)路處理。因此，最壞情況的激勵(lì)可能在100-1000Hz范圍之內(nèi)，由于1/3或較短的尋道長(zhǎng)度很可能事件在大約200-800Hz范圍內(nèi)發(fā)生。
因此，本發(fā)明的目的在于開(kāi)發(fā)一種傳感器，供在其前饋模式中有效的方法使用(例如，優(yōu)選情況下在100-1000Hz范圍內(nèi))。方法/傳感器不必在較低的(＜100Hz)和較高頻率(＞1000Hz)范圍內(nèi)有效的實(shí)現(xiàn)使基于RV速度的傳感器解決方案在HDD的情況下可行。這種非明顯的要求促進(jìn)了在現(xiàn)實(shí)中可實(shí)現(xiàn)的解決方案。對(duì)本發(fā)明中的中間頻帶的任何引用都對(duì)應(yīng)于100-1000Hz。
如此，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)使用慣性占支配地位的可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，傳送線圈繞組持有的氣隙磁通，可以通過(guò)反EMF電壓檢測(cè)磁通相對(duì)于線圈的相對(duì)角振動(dòng)。
現(xiàn)在回到圖3(a)-3(b)，圖3(a)顯示了一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器300，用于包括傳感器302，該傳感器提供與磁盤驅(qū)動(dòng)器的基板的旋轉(zhuǎn)速度成正比的反EMF電壓。在上述待審批的申請(qǐng)中最佳地設(shè)計(jì)了一種算法，產(chǎn)生了前饋信號(hào)，以添加到傳統(tǒng)的伺服信號(hào)中，以驅(qū)動(dòng)主VCM。圖3(b)顯示了反-EMF傳感器302的詳細(xì)信息。
如圖3(a)的磁盤系統(tǒng)300所示，基板301的RV速度由反EMF傳感器302進(jìn)行測(cè)量(圖3(b)比較詳細(xì)地顯示)，傳感器302產(chǎn)生的電壓可以放大(例如，通過(guò)高增益放大器)(未顯示)和數(shù)字化(例如，通過(guò)前饋控制器352)，以便內(nèi)部算法可以對(duì)其進(jìn)行操作。還顯示了傳統(tǒng)的伺服353，用于從磁頭306接收位置誤差信號(hào)(PES)，并耦合以向放大器(積分器)354提供輸入。
現(xiàn)在回到圖3(b)，反-EMF傳感器302可以包括線圈3021，用于反EMF感應(yīng)，磁鐵3022，用于產(chǎn)生氣隙磁通，低摩擦樞軸3023，用于促進(jìn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的好的動(dòng)力(例如，下面將詳細(xì)討論的慣性橫梁3026)在充分低的頻率范圍而不會(huì)被摩擦損壞，平衡塊3024，用于使移動(dòng)系統(tǒng)的重心與低摩擦樞軸點(diǎn)3023接合，覆蓋物3025，用于防止氣流導(dǎo)致的振動(dòng)和電磁干擾，以及運(yùn)動(dòng)構(gòu)件(例如，慣性橫梁)3026。值得注意的是，慣性橫梁可能需要防止氣動(dòng)力和電磁干擾，以最大限度地降低其信號(hào)質(zhì)量真實(shí)的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)之外的假象產(chǎn)生的信號(hào)質(zhì)量的不希望的退化，因此提供了覆蓋物3024。
值得注意的是，圖3(b)的傳感器配置的結(jié)構(gòu)僅僅是示范性的，本發(fā)明不僅限制此。
如此，圖3(a)和3(b)的結(jié)構(gòu)考慮了(并試圖克服)測(cè)量/感應(yīng)角加速度可能會(huì)十分昂貴，并且有時(shí)不適當(dāng)，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)可能不僅采取平面運(yùn)動(dòng)的形式，而且可能同時(shí)采取沿著許多坐標(biāo)進(jìn)行線性振動(dòng)的形式。因此，使用傳統(tǒng)的PZT傳感器可能會(huì)發(fā)生交互耦合。
發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)的PZT傳感器具有這樣的問(wèn)題，并用反-EMF傳感器開(kāi)發(fā)了這里說(shuō)明的方法，該傳感器采用與PZT傳感器不同的工作原理進(jìn)行工作。
值得注意的是，雖然反-EMF傳感器的結(jié)構(gòu)和在磁場(chǎng)中移動(dòng)線圈以及拾取反-EMF(例如，基本物理學(xué)原理)是人所共知的，但是一直沒(méi)有已知的使用反-EMF傳感器檢測(cè)磁盤驅(qū)動(dòng)器中的角運(yùn)動(dòng)/加速度的方法。
如此，對(duì)于本申請(qǐng)/問(wèn)題(例如，檢測(cè)磁盤驅(qū)動(dòng)器中的旋轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng))應(yīng)用反-EMF是新穎而獨(dú)特的。實(shí)際上，傳動(dòng)器本身圍繞一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，如果一個(gè)人移動(dòng)傳動(dòng)器，并使用電壓表，將會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)。然而，從傳動(dòng)器的固定點(diǎn)在這樣的模式下沒(méi)有使用這樣的配置(或以前使用)。
如此，本發(fā)明使用橫穿線圈的磁通(或橫穿磁通的移動(dòng)線圈)獲得與磁通的變化率成正比的反EMF。同樣，本發(fā)明直接感應(yīng)旋轉(zhuǎn)速度作為傳輸函數(shù)過(guò)程。這是優(yōu)于傳統(tǒng)的傳感器的重要區(qū)別。
即，值得注意的是，可以獲得加速度并集成一次以獲得速度，正如已知的。然而，當(dāng)集成加速度以獲得用數(shù)字表示的速度時(shí)，那么將產(chǎn)生剩余的偏壓，該偏壓隨著時(shí)間的推移而增大。用諸如本發(fā)明的傳感器之類的傳感器進(jìn)行直接感應(yīng)可以避免這樣的問(wèn)題發(fā)生(例如，由于沒(méi)有加速度術(shù)語(yǔ)的集成)。如此，基本的傳輸函數(shù)過(guò)程在這些傳感系統(tǒng)中的每一個(gè)系統(tǒng)中都非常重要。因此，傳統(tǒng)的系統(tǒng)使用許多分散的壓電傳感器獲得角旋轉(zhuǎn)(例如，如圖1(a)-2(b)所示)，與之不同的是，本發(fā)明使用直接感應(yīng)感覺(jué)，因此由于使用磁通變化率更加健壯。
圖4(a)-4(c)顯示了類似于圖3(b)的反EMF傳感器400，用于檢測(cè)圍繞低摩擦樞軸線410的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
為了清楚起見(jiàn)，圖4(a)未顯示上軛。當(dāng)線圈420的兩側(cè)(包括多轉(zhuǎn)薄橫截面線路)參與反EMF生成過(guò)程時(shí)，達(dá)到傳感器400的最高靈敏度(例如，每單位角加速度的電壓)。如此，通過(guò)提供一對(duì)具有相應(yīng)的極性的永磁鐵，可以產(chǎn)生氣隙磁通，如圖4(a)所示。傳感器400還包括塊430用于進(jìn)行重心平衡，傳感器橫梁440和反EMF檢測(cè)器450。
圖4(b)說(shuō)明了圖4(a)的結(jié)構(gòu)的沿著圖4(a)的IV-IV′的剖視圖，并顯示了上軛460以及磁通線470。
值得注意的是，在許多方面可以達(dá)到樞軸設(shè)計(jì)。例如，圖4(c)顯示了一對(duì)彎曲組件480提供旋轉(zhuǎn)(側(cè)轉(zhuǎn))自由同時(shí)限制線性X-Y運(yùn)動(dòng)以及螺距和輥運(yùn)動(dòng)的情況。
具體來(lái)說(shuō)，彎曲樞軸內(nèi)部轂連接到軸490，外環(huán)連接到軛。兩個(gè)彎曲組件480可以從線圈傳送電鏈接。軸490優(yōu)選情況下是一個(gè)預(yù)裝入的軸，并帶有一個(gè)提供Z-剛性的點(diǎn)接觸(絕緣體)。值得注意的是，如果Z-模式振動(dòng)的線圈繞組的磁鏈微不足道，則增強(qiáng)的Z-剛性，因此用于防止硬面的預(yù)裝入的軸可能不是必需的。
通過(guò)兩個(gè)彎曲組件480可以獲得反EMF線圈的電連接，如圖4(c)所示，而在這樣情況下支持彎曲組件480的軸必須不導(dǎo)電。
由于旋轉(zhuǎn)振動(dòng)被限制在大約50rad/s2，大多數(shù)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)應(yīng)該在100到1000Hz的范圍內(nèi)測(cè)量，慣性橫梁的最大角偏移預(yù)計(jì)小于0.01度。另一方面，由于尋道導(dǎo)致的穩(wěn)定動(dòng)力，基板偏移可以高達(dá)大約0.1度。因此，大的角位移樞軸不是必需的。彎曲系統(tǒng)可以提供低成本、無(wú)摩擦的樞軸組件。
圖5(a)-5(c)顯示了這樣的彎曲系統(tǒng)的各種視圖，具有傳感器500的彎曲樞軸510，具有多轉(zhuǎn)薄截面線路(線圈)515、傳感器橫梁520，以及用于進(jìn)行重心平衡的塊530。
如圖5(b)所示，樞軸材料510可以由具有粘滯-彈性阻尼的金屬片組件制成，或整體樞軸510本身可以由具有固有阻尼性質(zhì)的塑料制成。例如，樞軸可以包括耦合到連接到軛/基板組件(未顯示)的內(nèi)部轂5102的許多撓性構(gòu)件5101。
圖5(c)說(shuō)明了圖5(b)的一個(gè)薄撓性構(gòu)件5101的側(cè)視圖。優(yōu)選情況下，在選擇相應(yīng)的彎曲樞軸材料時(shí)，要兼顧考慮傳感器的溫度靈敏度和組件的成本。
圖5(d)顯示了裝配到內(nèi)部轂上的撓性構(gòu)件5101和線圈的電連接和從線圈的電鏈接5103的路線的示例。
如此，圖5(a)-5(c)的結(jié)構(gòu)提供了低成本的彎曲系統(tǒng)，該系統(tǒng)在五個(gè)(5)坐標(biāo)是剛性的，并在平面旋轉(zhuǎn)中最大限度地自由。
由于反EMF傳感器功能要求氣隙磁通，已經(jīng)存在于主VCM傳動(dòng)器中的磁通量可以由傳感器組件共享，如此降低了單獨(dú)的磁路的成本。如此，通過(guò)共享主VCM的磁鐵，傳感器的磁鐵的成本包括制造的成本可以降低。此外，還可以節(jié)省空間。
圖6-8顯示了定位慣性橫梁的各種位置，取決于磁盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)是否有空間。
例如，圖6說(shuō)明了反EMF線圈605可以共享主傳動(dòng)器臂和線圈610的氣隙的情況。提供了一個(gè)傳統(tǒng)的磁鐵對(duì)620，以便構(gòu)成主傳動(dòng)器的氣隙?？梢陨煺筕CM磁鐵(例如，參見(jiàn)引用數(shù)字630)，如圖所示。提供了覆蓋物640，以防止氣流導(dǎo)致的振動(dòng)和電磁干擾(EMI)。如此，反EMF傳感器在主VCM的磁鐵后面形成。
圖7說(shuō)明了反EMF線圈705可以共享主傳動(dòng)器臂和線圈710的氣隙的配置。提供了一個(gè)傳統(tǒng)的磁鐵對(duì)720，以便構(gòu)成主傳動(dòng)器的氣隙。可以伸展VCM磁鐵(例如，參見(jiàn)引用數(shù)字730)，如圖所示。提供了覆蓋物740，以防止氣流導(dǎo)致的振動(dòng)和電磁干擾(EMI)。
如此，反EMF傳感器的位置這樣安排，以便構(gòu)成一個(gè)具有主線圈的電感耦合，具體來(lái)說(shuō)，在主VCM的磁鐵的側(cè)面構(gòu)成。這種配置可以在主VCM線圈的側(cè)面有空間的地方使用，在其后面與其相對(duì)(如圖6所示)。如此，本發(fā)明的可制造性也得到增強(qiáng)。
圖8說(shuō)明了反EMF線圈805，該線圈可以共享主傳動(dòng)器臂和線圈810的氣隙。提供了一個(gè)傳統(tǒng)的磁鐵對(duì)820，以便構(gòu)成主傳動(dòng)器的氣隙。可以伸展VCM磁鐵(例如，參見(jiàn)引用數(shù)字830)，如圖所示。提供了覆蓋物840，以防止氣流導(dǎo)致的振動(dòng)和電磁干擾(EMI)。如此，反EMF傳感器在主VCM的磁鐵820的側(cè)面構(gòu)成。
圖8進(jìn)一步示范性地顯示了如何支持樞軸，具體來(lái)說(shuō)，可以使用伸展的軛來(lái)支持樞軸組件。這種集成結(jié)構(gòu)防止了在磁鐵和樞軸點(diǎn)之間的Z軸方向上產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。如此，該結(jié)構(gòu)與主VCM集成，從而提供了許多制造優(yōu)點(diǎn)。
在基于強(qiáng)電流的尋道期間，可以預(yù)期通過(guò)氣隙磁通的一定量磁相互作用，如此導(dǎo)致寄生組件在感應(yīng)的反EMF電壓中。由于在磁道跟蹤操作期間主要要求RV健壯性，在尋道操作期間可以臨時(shí)中止傳感器前饋。這可以通過(guò)持續(xù)使傳感器驅(qū)動(dòng)前饋算法來(lái)達(dá)到，但可以從主VCM驅(qū)動(dòng)器禁用算法的輸出，如此在激活前饋時(shí)防止人為的瞬變電流。
許多較新的HDD包括慣性系統(tǒng)閂900，如圖9(a)所示，以便在切斷電源時(shí)限制沖擊導(dǎo)致的傳動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。如此，例如，這樣的閂(例如，所謂的“雙向閂”)將防止HDD發(fā)生事故，如當(dāng)用戶將包含HDD的筆記本電腦摔掉時(shí)。這樣的閂系統(tǒng)包括耦合了一個(gè)彈簧920的閂910。閂910通過(guò)接觸點(diǎn)940耦合到桿930。閂910閂上傳動(dòng)器線圈950，如圖所示，靠近傳動(dòng)器磁鐵960，并由突然加速度激活。桿930由于慣性比閂910重，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，桿930將閂910推向獨(dú)立于旋轉(zhuǎn)方向(例如，雙向閂)的閂鎖位置(例如，鎖定位置)。
然而，反EMF感應(yīng)功能的成本可以通過(guò)結(jié)構(gòu)970進(jìn)一步地減少，該結(jié)構(gòu)利用慣性閂910的先前存在的一個(gè)臂來(lái)支持線圈繞組，如圖9(b)所示。
圖9(b)顯示了靜止點(diǎn)975，其中，在接觸點(diǎn)940沒(méi)有接觸。然而，慣性橫梁必須自由地保持在一個(gè)中立位置，以感應(yīng)敏感的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，而不是靠住一個(gè)停止位預(yù)裝入。這一要求可以通過(guò)設(shè)立第二軟彈簧980來(lái)滿足，如圖9(b)所示。如此，彈簧980用于保持無(wú)觸點(diǎn)的桿930的中立位置。圖9(b)還顯示了一個(gè)傳動(dòng)器磁鐵，并帶有傳感器氣隙磁通的擴(kuò)展，以及一個(gè)低摩擦樞軸995。
在慣性鎖閂機(jī)構(gòu)的沖擊激活的性能被將線圈傳送橫梁保持在中立位置而妨礙的情況下，可以預(yù)見(jiàn)兩種模式的操作。即，通過(guò)將溫和的偏壓電流應(yīng)用到反EMF線圈985，則可以產(chǎn)生偏壓力，以將橫梁從接觸靜止位置975(例如，在停電狀態(tài))移到相對(duì)于第二個(gè)彈簧980的自由無(wú)接觸中立位置(例如，在接通電源狀態(tài))。
如此，與圖9(a)中的預(yù)裝入的結(jié)構(gòu)相比，圖9(b)的結(jié)構(gòu)/橫梁不是預(yù)裝入的，但它用第二個(gè)彈簧保持浮動(dòng)，如此它是一個(gè)借助于慣性的高質(zhì)量設(shè)備(例如，小振動(dòng))。因此，對(duì)于小振動(dòng)，結(jié)構(gòu)/橫梁只能由低摩擦樞軸支持，而對(duì)于大振動(dòng)(例如，諸如沖擊等等大的運(yùn)動(dòng))，它的工作方式將與圖9(a)中顯示的傳統(tǒng)的桿/閂設(shè)備類似。因此，通過(guò)向圖9(b)的結(jié)構(gòu)添加一個(gè)線圈，可以獲得一種小型、低成本反EMF傳感器配置。
請(qǐng)參看圖10(a)-10(c)，對(duì)于必須增大運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的慣性質(zhì)量以便增大較低頻率時(shí)的靈敏度的應(yīng)用，可以使用基板的主軸電機(jī)底區(qū)周圍的未使用的外部空間。
即，圖10(a)和10(b)顯示了基板1000和主軸電機(jī)區(qū)域(未引用)的分解圖和裝配圖，包括磁通路徑的上軛1010、轉(zhuǎn)動(dòng)元件1020、傳送磁鐵1030、嵌入在電路卡上的反EMF線圈1040以及用于磁通返回的下軛1050。圖10(b)再次顯示了包括低摩擦樞軸1060和主電路卡1070的完整的組件。圖10(c)說(shuō)明了轉(zhuǎn)動(dòng)元件1080傳送線圈的位置。
上述每一種情況顯示了一種移動(dòng)磁鐵和基于移動(dòng)線圈傳感器配置。然而，請(qǐng)參看圖11(a)，該圖顯示了一種結(jié)構(gòu)1100，其中期望接近于磁盤驅(qū)動(dòng)器(磁頭磁盤組件)1120的電卡1110，可以按如圖所示的方法定位和連接小型反EMF傳感器1130。在引用數(shù)字1140顯示了到卡的最短的電連接。
圖11(b)說(shuō)明，在最后應(yīng)用中，可以使用薄的形狀因數(shù)傳感器設(shè)計(jì)，并且同一傳感器組件1120直接添加到電卡1110上。如此，反-EMF傳感器1130可以安裝在卡的附近(例如，安裝在基板的背面，并連接到卡)，直接安裝在卡上，或者就那點(diǎn)而論可以整體安裝在卡1110中。
在反EMF傳感器由2.5”形狀因數(shù)驅(qū)動(dòng)器組件制成的情況下，可以顯示概念的可行性。即，圖12(a)和12(b)中顯示了反EMF傳感器的測(cè)量的頻率傳輸函數(shù)(TF)。
在圖12(a)中，TF的輸入是扭轉(zhuǎn)振動(dòng)激勵(lì)，輸出是來(lái)自繞組(由增益因子1000放大)的感應(yīng)電壓。已經(jīng)觀察到，這種傳感器設(shè)計(jì)的共振頻率大約為45Hz。已知，傳統(tǒng)的球軸承樞軸在小的位移時(shí)表現(xiàn)了類似于彈簧的行為，產(chǎn)生了45Hz的共振。
在從100到1000Hz的頻率范圍內(nèi)，傳輸函數(shù)的-20dB十進(jìn)制的下降確認(rèn)了積分效應(yīng)，其中，旋轉(zhuǎn)加速度輸入被轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)速度輸出，如反EMF電壓反映的。樞軸組件中存在的阻尼使TF的相漸近地接近-90度。這種靠近-90度縱坐標(biāo)的逐漸的相變可以建設(shè)性地用于通過(guò)平衡算法的數(shù)字實(shí)現(xiàn)中所固有的相滯改善前饋有效性。值得注意的是，對(duì)于傳感器的阻尼特性，傳感器的如圖12(b)所示的相位增益(上升)是有利和有益的，并可以利用。
當(dāng)使用傳統(tǒng)的球軸承樞軸來(lái)達(dá)到傳感器的角慣性自由時(shí)，軸承可以由于延長(zhǎng)的切斷電源狀態(tài)仍處于“粘著”位置。很清楚，樞軸必須通過(guò)短時(shí)間激活感應(yīng)線圈來(lái)使用。通過(guò)將振蕩電流驅(qū)動(dòng)到感應(yīng)線圈中，在使傳感器可用于RV測(cè)量之前可以將軸承空出來(lái)。
圖13(a)和13(b)顯示了PZT傳感器和傳感器A(例如，具有某種形狀因數(shù)的反EMF傳感器，如下文進(jìn)一步描述)的時(shí)間域輸出。
即，圖13(a)對(duì)應(yīng)于距離旋轉(zhuǎn)中心大約10.5cm的PZT傳感器(例如，作為時(shí)間函數(shù)顯示角加速度)，圖13(b)對(duì)應(yīng)于安裝在同一個(gè)振動(dòng)臺(tái)的反EMF傳感器電壓(x1000增益)(并作為時(shí)間函數(shù)顯示速度)。時(shí)間蹤跡顯示，信號(hào)是可定性比較的。即使在傳感器輸出用于信號(hào)處理算法之前將其放大，不會(huì)由于噪聲拾取而產(chǎn)生明顯的退化。
圖14(a)和14(b)顯示了前饋算法的TF，該算法包括以數(shù)字信號(hào)處理裝置實(shí)現(xiàn)的高通、低通和相位超前濾波器。
如果可編程性不是十分關(guān)鍵，那么，濾波器還可以使用模擬電子模塊或模擬和數(shù)字組件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)觀察到，濾波器需要理想的相是+90度，以模擬微分器的功能，但分別通過(guò)高低通濾波器抑制不需要的低和高頻信號(hào)的需要導(dǎo)致相位失真并與理想目標(biāo)相比產(chǎn)生相滯。
圖15顯示了與傳統(tǒng)的伺服相比的基于傳感器的前饋解決方案的影響。它還比較了兩個(gè)不同的感應(yīng)方法(例如，PZT傳感器和反EMF傳感器)的有效性。
可以看出，有一種最佳頻率可以用來(lái)達(dá)到最大誤差拒絕。當(dāng)被注入到的傳動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器的前饋信號(hào)和真實(shí)的角加速度靠近0度的前饋信號(hào)之間的凈相差(在考慮濾波操作和基于傳感器的相變之后)達(dá)到最大誤差拒絕。
如此，圖15顯示了在三種條件下RV對(duì)PES的影響。即，圖15顯示了輸出PES與輸入RV的比率。
傳統(tǒng)的情況1501是沒(méi)有用于控制補(bǔ)償?shù)腞V加速度或速度感應(yīng)(例如，沒(méi)有前饋)的波形。如此，對(duì)于一個(gè)單位輸入G(例如，在100Hz、40dB)，位置誤差信號(hào)(PES)中的一個(gè)磁道寬度誤差等于256位。因此，100位大約等于磁道寬度的一半。如此，40dB(1G)等于傳統(tǒng)情況下的100位，傳統(tǒng)的伺服環(huán)路結(jié)構(gòu)不能補(bǔ)救該問(wèn)題。
下一種情況1502建立了具有高靈敏度PZT(例如，高成本、雙PZT傳感器)的最佳配置，其中PZT信號(hào)被LP和HP濾波并前饋到傳動(dòng)器。如此，性能比較好，如PZT-加速度解決方案所示，但成本很高，并且尺寸也增大。
如波形1502所示的一種有趣的情況是基于RV速度的控制?？梢杂^察到，兩個(gè)傳感器產(chǎn)生了類似的振動(dòng)拒絕特性，但反-EMF傳感器(例如，如曲線1503顯示)比基于PZT的控制產(chǎn)生較少的衰減(～8-10dB)。此外，反-EMF傳感器便宜得多，尺寸也小于PZT解決方案，并可以利用磁盤驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械部件內(nèi)的可用空間。
已發(fā)現(xiàn)，反-EMF傳感器設(shè)計(jì)可以經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以產(chǎn)生可比得上最好的PZT系統(tǒng)的性能。事實(shí)上，基于反-EMF的配置在從150Hz向下的較低頻率產(chǎn)生增強(qiáng)的補(bǔ)償。根本上不同的感應(yīng)和控制結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳輸函數(shù)(TF)產(chǎn)生變化。TF可以使用擺動(dòng)正弦法獲得。
圖16比較了PZT信號(hào)1601的功率譜和對(duì)應(yīng)于圖13的反-EMF信號(hào)1602。反EMF傳感器顯示了此示例中的高于600Hz的附加噪聲振幅，但此噪聲的凈效果不會(huì)對(duì)前饋配置的精度產(chǎn)生顯著影響。
圖17(a)-17(c)比較了兩個(gè)不同的形狀因數(shù)反-EMF傳感器設(shè)計(jì)以及PZT加速度感應(yīng)的影響，并顯示了在振動(dòng)頻率為200Hz時(shí)時(shí)間域信號(hào)。
圖17(a)顯示了傳統(tǒng)的PZT加速度感應(yīng)。圖17(b)說(shuō)明了基于1.8”形狀因數(shù)HDD組件的傳感器-A速度感應(yīng)，圖17(c)顯示了基于2.5”HDD的傳感器-B速度感應(yīng)。兩個(gè)信號(hào)都放大增益1000。傳感器-B顯示了稍微改善的噪聲特性。
圖18(a)-18(b)比較了兩個(gè)傳感器A、B的TF(符號(hào)改變將相分隔180度)。傳感器-A的靈敏度比傳感器-B的靈敏度高。每個(gè)樞軸中存在的固有阻尼會(huì)影響相位下降，如圖18(b)所示。已知，請(qǐng)看圖18(a)-18(b)中的200Hz點(diǎn)，該數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖17(a)-17(c)的時(shí)間域。
圖19是圖15的擴(kuò)展版本，其中比較了兩個(gè)基于反EMF的RV傳感器性能(例如，傳感器A、傳感器B)1910、1920，以及傳統(tǒng)的控制器1930和PZT加速度傳感器1940。
從圖19中可以清楚地看出，當(dāng)使用相同的前饋算法時(shí)，對(duì)于傳感器-B，大約在250Hz發(fā)生最大拒絕的頻率，而對(duì)于傳感器-A，大約在150Hz。通過(guò)優(yōu)化傳感器減振特性和算法的相，對(duì)于給定的振動(dòng)譜，可以最佳地定位最大拒絕點(diǎn)。
如此，在相位特性等等方面，即使是相同的算法，在某些頻率范圍內(nèi)一個(gè)傳感器可以比另一個(gè)傳感器更有利。例如，速度感應(yīng)傳感器B看來(lái)似乎要執(zhí)行好的拒絕，好象比傳感器A更好，如圖19所示。此外，對(duì)于手頭的情況，請(qǐng)看圖18(b)中的200Hz左右，與1.8″FF傳感器的似乎在下降的相相比，圖18(b)中的2.5″FF傳感器的相相當(dāng)平坦。已知，靠近90度的平坦相比下降的相更好(對(duì)于補(bǔ)償平均量)。
很清楚，傳感器/算法組合的凈相必須等于零度才能達(dá)到最大振動(dòng)拒絕。然而，在實(shí)踐中，由于有限的前饋采樣率而出現(xiàn)固有的相滯，在期望的頻率范圍(100-1000Hz)不可能獲得零度相。對(duì)于每個(gè)傳感器技術(shù)，仍可以達(dá)到達(dá)到次-最優(yōu)的拒絕，如圖17(a)-17(c)所示。
圖20(a)顯示了在服務(wù)器產(chǎn)品中見(jiàn)到的典型的RV頻譜。圖20(b)顯示了這種RV對(duì)每個(gè)伺服補(bǔ)償方案的影響。頻譜特性是使用特別的可編程波形發(fā)生器產(chǎn)生的，它模仿了在服務(wù)器系統(tǒng)中觀察到的典型的RV特性。如圖2(a)所示，振動(dòng)譜在大約300到大約600Hz之間具有隆起，是在實(shí)驗(yàn)室中激勵(lì)一個(gè)臺(tái)產(chǎn)生的。
圖20(b)顯示了由于隨機(jī)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的性能，具體來(lái)說(shuō)，顯示了輸入RV值為22.8r/s2的對(duì)應(yīng)的PES(1-σ)值?？梢员砻?，在傳統(tǒng)的控制下，PES值四倍于21或22位(1-σ)。
對(duì)于基于RV速度-傳感器的控制，它下降到12或13-位(13dB)，對(duì)于靠近理想PZT(例如，對(duì)于高質(zhì)量、高成本PZT傳感器配置)，它進(jìn)一步改善到11位(11dB)。在沒(méi)有振動(dòng)的情況下，將觀察到6位(例如，在使用傳統(tǒng)的伺服配置的靜止?fàn)顟B(tài)下)。
如此，從圖20(b)中可以明顯地看出，與沒(méi)有RV(靜止)的情況相比，傳統(tǒng)的伺服降低一個(gè)因子4。
如此，這些圖對(duì)應(yīng)于應(yīng)用在有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器功能的服務(wù)器計(jì)算機(jī)中見(jiàn)到的預(yù)期的隨機(jī)振動(dòng)。通過(guò)使用基于速度前饋補(bǔ)償，誤差可以減少大約50％。從此數(shù)據(jù)集中基于PZT的感應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)不明顯。
然而，圖21(a)和21(b)顯示了圖20(a)的隨機(jī)RV輸入的PES的功率譜。通過(guò)前饋解決方案可以達(dá)到從100到400Hz的范圍的頻譜大小的減少。
在使用反-EMF傳感器增強(qiáng)RV健壯性的同時(shí)，同一傳感器輸出可用于檢測(cè)由于用戶執(zhí)行的“熱交換”產(chǎn)生的操作沖擊。由沖擊事件產(chǎn)生的傳感器信號(hào)可用于禁止寫入過(guò)程，以防止相鄰磁道中的數(shù)據(jù)被擦除。另一方面，當(dāng)RV振動(dòng)級(jí)低于預(yù)選的閾值時(shí)，可以禁用傳感器前饋，以最大限度地降低噪聲導(dǎo)致的TMR。
圖22說(shuō)明了一個(gè)實(shí)際設(shè)備，具體來(lái)說(shuō)，反EMF傳感器2210位于磁盤驅(qū)動(dòng)器外殼2220內(nèi)部的結(jié)構(gòu)2200的等距視圖。
在圖22中，集成的反EMF傳感器2210耦合到VCM的磁軛(例如，顯示了下軛2230，但是為了清楚起見(jiàn)，刪除了上軛)，并由VCM磁鐵2240的擴(kuò)展共享磁通量。圖22顯示了安裝在驅(qū)動(dòng)器外殼2220內(nèi)的與當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)器元件沒(méi)有干擾的傳感器2210。從纏繞電感應(yīng)線圈用分散的線路對(duì)或者通過(guò)將主傳動(dòng)器VCM軟電纜集成到進(jìn)位信號(hào)與主電卡進(jìn)行電連接(未顯示)。
圖23說(shuō)明了不連續(xù)的反EMF傳感器2210的分解圖。圖23顯示了安裝在磁盤驅(qū)動(dòng)器外殼2220內(nèi)的與當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)器元件沒(méi)有干擾的傳感器2210。通過(guò)安裝到傳感器組件2210的接口卡(未顯示)和現(xiàn)有的接口電子電纜2310之間的壓力觸點(diǎn)進(jìn)行電連接。為完成傳感器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步顯示上下遮蓋2320、2330、磁鐵2340和上下軛2350、2230。上下遮蓋封裝了傳感器2210。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要特征是，當(dāng)傳感器進(jìn)入磁盤驅(qū)動(dòng)器時(shí)，它自動(dòng)與電子接口插頭2310進(jìn)行連接，從而避免了更多的連線以及其附帶的問(wèn)題。如此，傳感器提供了低成本、插入式的模塊化解決方案。
圖24說(shuō)明了包括鑄造金屬或塑料模制體2410的低成本傳感器體組件2400。塑料模制、蝕刻和壓制金屬撓性構(gòu)件2420可以由金屬樞軸元件2430裝配。優(yōu)選情況下，上下?lián)闲詷?gòu)件是雙片薄構(gòu)件，帶有薄鏈接，類似于圖5(a)-5(d)中所示的。感應(yīng)線圈2440位于在適當(dāng)位置，組件被預(yù)先確定的平衡塊2450圍繞旋轉(zhuǎn)的樞軸線進(jìn)行質(zhì)量平衡。
圖25說(shuō)明了一種低成本傳感器體組件2500，其特征在于，(不同于圖24的雙片結(jié)構(gòu))金屬?gòu)澢?520整體地澆鑄或模制到傳感器體2510中，并具有刀刃一樣的形狀，具有一定的高度。感應(yīng)線圈2540位于在適當(dāng)位置，組件被預(yù)先確定的平衡塊2550圍繞旋轉(zhuǎn)的樞軸線進(jìn)行質(zhì)量平衡。
圖26說(shuō)明了傳感器體組件2600的優(yōu)選低成本實(shí)施例，其特征在于，彎曲元件是注射模制塑料部件的組成部分。提供了一種傳感器體2610，其中金屬樞軸2620、纏繞電感應(yīng)線圈2630，以及預(yù)先確定的平衡塊2640作為注射模制部件的一部分被模制在一起。(如有必要)添加一個(gè)慣性質(zhì)量2650，以優(yōu)化慣性，并添加適當(dāng)大小的平衡塊2640以對(duì)組件進(jìn)行質(zhì)量平衡，如前面所描述。
傳感器體2610提供了許多孔2660A、2660B，以便機(jī)械工具訪問(wèn)樞軸撓性構(gòu)件2670，以便可以最大限度地降低樞軸的剛性以達(dá)到低旋轉(zhuǎn)共振。此外，金屬撓性構(gòu)件2670還具有孔2671A、2671B。如此，圖26的組件2600是有利的，并顯示了通過(guò)在模制過(guò)程之后鉆許多孔在平面旋轉(zhuǎn)中達(dá)到低剛性的實(shí)際方法。
圖27(a)和圖27(b)說(shuō)明了瞬時(shí)振動(dòng)模式對(duì)傳統(tǒng)的PZT傳感器的響應(yīng)的影響(圖27(a))以及對(duì)用于本發(fā)明的速度傳感器的影響(圖27(b))。傳感器處于瞬變條件下，具有200HZ和49rad/s2的輸入正弦角脈沖。
雖然是以多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述的，那些精通本技術(shù)的人可以認(rèn)識(shí)到，在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一個(gè)受到線性振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)，包括一個(gè)獨(dú)立傳感裝置，用于感應(yīng)預(yù)先確定的頻率范圍內(nèi)的HDD旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括耦合到所述傳感裝置的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)速度控制器，所述傳感裝置包括反-電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述RV控制器至少包括一個(gè)完整的數(shù)字電路和一個(gè)完整的模擬電路中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括基板，所述傳感器感應(yīng)基板的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，只有在振動(dòng)級(jí)超過(guò)預(yù)先確定的限制的情況下才激活所述RV控制器，從而降低通過(guò)所述傳感器注入的不必要的電噪聲的電勢(shì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括旋轉(zhuǎn)振動(dòng)(RV)速度傳感器，其中，RV速度傳感器的靈敏度相對(duì)于線性振動(dòng)減到最少，所述RV速度傳感器的所有輸出信號(hào)都被當(dāng)做是由RV激勵(lì)產(chǎn)生的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括主音圈電機(jī)(VCM)，其特征在于，所述主音圈電機(jī)(VCM)的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)被直接由所述傳感器感應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述獨(dú)立傳感裝置包括獨(dú)立的反-電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感裝置。
9.一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)，包括用于直接感應(yīng)磁盤驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度分量的傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括反電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器，以檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述磁盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括主音圈電機(jī)(VCM)，以及其中，所述傳感器被構(gòu)造為共享所述主VCM的磁通量。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括慣性閂的臂，所述慣性閂包括第一種和第二種激活模式，其中，所述傳感器安裝在所述臂附近。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，所述傳感器包括由撓性構(gòu)件構(gòu)成的樞軸，所述撓性構(gòu)件由具有預(yù)先確定的阻尼級(jí)別的材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括一個(gè)線圈和許多樞軸撓性構(gòu)件，用于向線圈提供電連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括反電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器，所述線圈包括反EMF線圈。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，傳感器傳輸函數(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以滿足100-1000HzRV的性能范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器為前饋補(bǔ)償提供輸出。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在對(duì)所述磁盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行尋道期間用于前饋補(bǔ)償?shù)乃鰝鞲衅鞯乃鲚敵霰唤?，并在所述磁盤驅(qū)動(dòng)器的穩(wěn)定階段之后被激活。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，在沒(méi)有達(dá)到閾級(jí)旋轉(zhuǎn)速度的情況下，在所述磁盤驅(qū)動(dòng)器的磁道跟蹤模式期間用于前饋補(bǔ)償?shù)乃鰝鞲衅鞯乃鲚敵霰唤谩?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器的阻尼用于優(yōu)化前饋補(bǔ)償。
21.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器在“熱交換”沖擊事件期間提供禁止寫入功能。
22.一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括主音圈電機(jī)；以及反-電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器，該傳感器可圍繞一個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，基本上對(duì)線性振動(dòng)不敏感，有選擇地共享所述主音圈電機(jī)(VCM)的磁通。
23.用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的傳感器，包括反電動(dòng)勢(shì)(EMF)傳感器，用于直接感應(yīng)所述磁盤驅(qū)動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)速度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括許多撓性構(gòu)件；以及線圈，附近的所述撓性構(gòu)件，共享所述磁盤驅(qū)動(dòng)器的主音圈電機(jī)的磁通量。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器對(duì)其他坐標(biāo)中的線性振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)不敏感。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括離散傳感器。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括用于反EMF感應(yīng)的線圈；用于產(chǎn)生氣隙磁通的磁鐵；預(yù)先確定的低摩擦樞軸；平衡塊，用于使所述驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)部件的重心與低摩擦樞軸接合；一個(gè)覆蓋物，用于防止氣流導(dǎo)致的振動(dòng)和電磁干擾；以及被所述覆蓋物覆蓋的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括一個(gè)線圈、用于產(chǎn)生氣隙磁通的一對(duì)磁鐵、一個(gè)用于進(jìn)行重心平衡的塊、一個(gè)傳感器橫梁，以及反EMF檢測(cè)器。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器進(jìn)一步包括連接到軸的彎曲樞軸內(nèi)部轂和連接到軛的外環(huán)，其特征在于，所述撓性構(gòu)件具有線圈的電鏈接，其中，軸包括預(yù)裝入的軸，并帶有提供Z剛性的點(diǎn)接觸。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括彎曲系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有多轉(zhuǎn)截面線圈的彎曲樞軸，傳感器橫梁和用于進(jìn)行重心平衡的塊，其中，彎曲樞軸包括具有粘滯-彈性阻尼的金屬片組件，以及具有固有阻尼性質(zhì)的塑料中的一個(gè)。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的傳感器，其特征在于，所述彎曲樞軸包括耦合到連接的內(nèi)部轂的許多撓性構(gòu)件。
32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述反EMF傳感器包括共享主音圈傳動(dòng)器的氣隙的線圈，所述VCM包括磁鐵，反EMF傳感器在主VCM的磁鐵后面形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包括主VCM線圈和許多磁鐵，所述反EMF傳感器包括在所述磁鐵的一個(gè)側(cè)形成的線圈。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的傳感器，其特征在于，所述磁鐵包括伸展的音圈磁鐵，所述傳感器的所述線圈被所述伸展的音圈磁鐵支持。
35.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括用于在沖擊環(huán)境中保護(hù)所述驅(qū)動(dòng)器的閂系統(tǒng)，所述閂系統(tǒng)包括一個(gè)具有與此耦合的彈簧的閂，所述閂通過(guò)接觸點(diǎn)進(jìn)一步耦合到一個(gè)桿，其中，所述閂閂住所述驅(qū)動(dòng)器的主傳動(dòng)器線圈，并由加速度激活，其特征在于，所述反EMF傳感器的線圈被所述桿支持。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，進(jìn)一步包括第二個(gè)彈簧，用于保持無(wú)觸點(diǎn)的桿的中立位置，所述驅(qū)動(dòng)器具有一個(gè)傳動(dòng)器磁鐵，并帶有傳感器氣隙磁通的擴(kuò)展，并且所述桿安裝了一個(gè)低摩擦樞軸。
37.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器安裝到下述其中之一，所述驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)電卡中，所述驅(qū)動(dòng)器的電卡上以及所述驅(qū)動(dòng)器的基板上。
38.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器包括主音圈電機(jī)(VCM)，該電機(jī)包括許多具有擴(kuò)展的磁鐵，以及其中，所述反EMF傳感器耦合到所述VCM的磁軛，并由VCM磁鐵的所述擴(kuò)展共享磁通量。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述反EMF傳感器與一個(gè)電插頭接觸，以使所述傳感器安裝到磁盤驅(qū)動(dòng)器，所述傳感器自動(dòng)與電插頭進(jìn)行連接。
40.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括一個(gè)體組件，該體組件包括鑄造金屬和模制塑料中的一個(gè)。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器進(jìn)一步包括撓性構(gòu)件，所述撓性構(gòu)件包括裝配到金屬樞軸元件上的塑料模制、蝕刻和壓制金屬撓性構(gòu)件中的一個(gè)。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述撓性構(gòu)件包含具有鏈接的雙片構(gòu)件。
43.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括整體地澆鑄或模制到傳感器體中的金屬?gòu)澢?br> 44.根據(jù)權(quán)利要求9所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器包括用注射模制塑料部件整體地構(gòu)成的彎曲元件以構(gòu)成傳感器體。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的磁盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述傳感器體包括許多構(gòu)成的孔，所述彎曲元件具有許多孔，以便最大限度地降低剛性以達(dá)到預(yù)先確定的低旋轉(zhuǎn)共振。
全文摘要
一種受到線性振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的磁盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)，包括一個(gè)獨(dú)立傳感裝置，用于感應(yīng)預(yù)先確定的頻率范圍內(nèi)的HDD旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)速度分量。
文檔編號(hào)G11B21/10GK1487504SQ0312392
公開(kāi)日2004年4月7日 申請(qǐng)日期2003年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者斯瑞·M·斯瑞-嘉延塔, 鄧憲, 維賈葉斯沃·達(dá)斯·卡納, 杰拉德·邁克維可, 睦郎太田, 邁克維可, 斯沃 達(dá)斯 卡納, 斯瑞 M 斯瑞-嘉延塔, 田 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司