專利名稱：改進的旋轉磁盤驅(qū)動致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉型開動的磁盤驅(qū)動器，特別是涉及一種磁盤驅(qū)動器的改進的旋轉致動器部件。
背景技術：
旋轉型磁盤驅(qū)動器為人熟知，該裝置包括轉動連接于一磁盤驅(qū)動器底架的一致動器塊，用于相對于磁盤表面的諸被選擇的數(shù)據(jù)磁道支撐多個磁頭。旋轉致動器通過一操作連接于致動器塊的音圈電動機工作。通常，該音圈電動機包括一連接于致動器塊的音圈和一連接于磁盤驅(qū)動器底架的磁鐵與護鐵(backiron)結構，用于提供該音圈電動機工作所需的永久磁場。電流送給音圈的線圈，以使音圈電動機在電磁鐵與護鐵結構形成的磁場中運動。
致動器塊通過一軸承座以一種已知的方式轉動連接于底架。音圈電動機的工作是通過磁盤驅(qū)動器的控制電路控制的。電流送到該音圈電動機以轉動致動器塊，以便相對于諸選擇的數(shù)據(jù)軌跡布置諸磁頭。磁盤驅(qū)動器表面密度提高了，以致要求通過音圈電動機的工作精確地布置磁頭。此外，曾致力于提供較快的搜索時間，以便檢查數(shù)據(jù)定位諸磁頭。一致動器的結構動力學限制了伺服帶寬，如此，限制了對外部干擾的排斥，并使在搜索調(diào)整和磁道跟蹤方式期間磁頭布置被破壞。如此，希望提供一種致動器部件，該部件能支撐高的伺服帶寬，以便改善搜索時間和磁道跟蹤能力。本發(fā)明提出這些和其它的問題，并提供超越已有技術的其它優(yōu)點。
發(fā)明概要本發(fā)明涉及一種改進的旋轉致動器，該致動器相對于一磁盤表面支撐諸磁頭以進行工作。該旋轉致動器包括一樞轉地連接于一磁盤驅(qū)動器的一底座的致動器塊。該制動器塊包括一用于支撐諸磁頭的致動器臂，并支撐一線圈部件，該部件適于在一磁場里工作以形成一音圈電動機。該線圈部件包括多個卷繞的線圈，這些線圈由致動器塊支撐在諸間隔開的高度并具有一部分間隔開的線圈重疊起來，以減小音圈電動機的工作面積。
附圖簡要說明

圖1是圖示一旋轉致動器的磁盤驅(qū)動器的立體圖；圖2是已有技術的一旋轉致動器的立體圖；圖3是一音圈電動機的磁鐵與護鐵部件的示意圖；圖4是已有技術的一旋轉致動器的頂視圖；圖5是本發(fā)明的一旋轉致動器的一實施例的立體圖；圖6是包含圖5的旋轉致動器的一磁盤驅(qū)動器的頂視圖；圖7是沿著圖6中的線“7-7”的音面圖；圖8是圖5的致動器的頂視圖，圖示出由流經(jīng)諸線圈的一音圈電動機工作所需的電流產(chǎn)生的諸分力；圖9示出了一L-R電路；圖10是電流的圖解說明，該電流是圖9的L-R電路的時間函數(shù)。
諸最佳實施例的詳細描述本發(fā)明涉及一種用于磁頭布置的改進的致動器部件。本發(fā)明用于如圖1所示的一種旋轉型磁盤驅(qū)動器。如圖所示，磁盤驅(qū)動器50包括面板52、磁盤54和致動器部件56。諸磁盤54通過一主軸電動機(未圖示)轉動地連接于面板52以可轉動(如圖中用箭頭58表示的)。致動器部件56轉動地支撐諸磁頭60，這些磁頭用于將數(shù)據(jù)寫到諸磁盤54上和從諸磁盤讀出數(shù)據(jù)。致動器部件包括致動器塊62和音圈電動機(VCM)64。如圖所示，致動器塊62轉動連接于面板52。致動器塊62包括多個致動器臂66(在圖1中只表示出一個)，以相對于磁盤表面支撐諸磁頭60。致動器塊沿著由箭頭68所示的方向轉動，以沿著一弧形路線移動諸磁頭60，以便相對于一磁盤的54的諸數(shù)據(jù)磁道布置諸磁頭。致動器塊62的移動是由音圈電動機64控制的，該電動機連接于磁盤驅(qū)動器的控制電路。
圖2和3表示了已有技術的一傳統(tǒng)的致動器塊62-1的一實施例。如圖所示，致動器塊62-1包括主體部分70，該部分包括一軸承孔72。軸承座73延伸通過軸承孔72，以相對于磁盤驅(qū)動器的面板52轉動地連接于致動器塊62-1。如此，該軸承座73限定了致動器塊的轉動或樞轉軸線74。主體部分70包括剛性軛鐵76、78，這兩軛鐵是從主體部分70沿徑向延伸出而形成的。一卷繞的線圈80連接于軛鐵76、78。該線圈80形成為音圈電動機64的一部分，這將在下面描述。諸磁頭60攜帶了諸傳感器元件(未圖示)，并連接于驅(qū)動器的電路，以便閱讀和寫作操作。
如圖所示，諸致動器臂66的縱向延伸部沿著一縱軸線86與旋轉軸線74對準。橫軸線88垂直于該縱軸線86延伸。為說明方便起見，將縱軸線86稱作為“X”軸線，將橫軸線88稱作為“Y”軸線。致動器塊62-1的高度或位高90重合于Z軸線。當該致動器塊62-1圍繞軸線74轉動時，諸磁頭60沿著相對于諸選擇的數(shù)據(jù)磁道的一弧形路線相對于縱軸線沿橫向移動。
線圈80被支撐在徑向的軛鐵76和78之間，并大致被卷繞成一扁平的陷餅狀的梯形輪廓。該梯形輪廓包括傾斜的有效線圈分支100和102，該兩分支相對于X和Y軸線以一斜角沿徑向朝外延伸，以連接在橫向分支104和106的相對的端部之間。使線圈80與圖1中所示的一磁鐵與護鐵件110配合，以形成一即將予以說明的VCM64的轉子，以圍繞該樞轉點轉動致動器塊62-1。
圖3是磁鐵與護鐵部件110的一實施例的橫剖面圖，該部件提供一永久磁通場，以使VCM64操作。如圖所示，部件10包括諸間隔開的護鐵112和114，它倆通過兩隔板116被間隔支撐住。護鐵112和114包括與它們連接的諸永久磁鐵。如圖所示，護鐵112支撐磁鐵118-1、118-2，護鐵114支撐磁鐵119-1、119-2。磁鐵118-1、118-2和119-1、119-2分別合作形成由護鐵112、114支撐的兩極承載的磁鐵部件。盡管圖上表示了多塊磁鐵118-1、118-2和119-1、119-2，可形成一單個雙極承載的磁鐵的另一可替代的磁鐵部件。磁鐵118-1、118-2和119-1、119-2之間的間隔關系形成空氣隙120。線圈180(即有效線圈分支100、102)伸入空氣隙120內(nèi)并在其中工作。
諸磁鐵產(chǎn)生了一永久磁場，這磁場通過護鐵112、114和隔板116，并會聚通過空氣隙120。箭頭122、123、124表示出該磁路的磁通路徑。電流供給線圈80以便音圈電動機工作。在磁通路徑里校準分支100和102，以在分支100、102上產(chǎn)生符合下述方程式的作用力F＝iln×B 方程式1式中F-產(chǎn)生的作用力；i-流過線圈的電流；1-線圈的分支100、102的有效長度；B-磁場；以及n-線圈中的線圈圈數(shù)該作用力使致動器塊62-1圍繞轉動軸線74或樞轉點轉動。其轉動方向取決于電流方向和磁通場的方向。
如圖4所示，產(chǎn)生的力F大致沿一隨磁通路徑和電流的方向不同而變化的方向垂直于每個線圈分支。如圖所示，F(xiàn)1是作用在分支100上的力。F2是作用在分支102上的力。如圖所示，在分支100、102上產(chǎn)生的力F1和F2有一分力FX和一分力FY，以使磁頭60沿著一由箭頭126所示的弧形路徑移動，以便相對于所選擇的數(shù)據(jù)磁道布置磁頭60。在分支100、102上產(chǎn)生的分力FX提供一“在磁道上(On-track)”力，以轉動致動器塊62-1?！霸诖诺郎稀绷χ傅氖且谎刂v軸線86的力，它大致垂直于如圖中箭頭126所示的、磁頭60的運動方向。在分支100、102上的“在磁道上”力被平衡，或指向相反方向，這將在下面說明。
FY分力是一“離開磁道的(off-track)”力。離開磁道的力指的是沿著諸磁頭的運動軸線沿箭頭126方向的力。在分支100、102上的“離開磁道的”力是相加的，對此將說明。如圖所示，F(xiàn)X1、FX2和FY1和FY2提供了VCM64的操作所需的扭矩，以轉動致動器塊62-1。產(chǎn)生的扭矩遵守下面方程式T＝FY1(dx)+FY2(dx)+FX1(dy)+FX2(dy) 方程式2式中FX1、FX2、FY1、FY2是在線圈分支100、102中產(chǎn)生的諸分力；dx是從樞轉點到線圈分支100、102的在磁道上的軸向距離，限定了FY力矩臂；以及dy是從樞轉點到線圈分支100、102的離開磁道軸線的距離，限定
FX力矩臂。
FX和FY(即在磁道力和離開磁道的力)激勵致動器塊62-1，后者又激勵其剛性體共振。施于致動器塊62-1的FX和FY激勵由下式?jīng)Q定FX分力等于FX＝FX1+FX2方程式3由于FX1與FX2的指向相反FX＝FX1+(-FX2)或FX＝0 方程式3FY分力等于FY＝FY1+FY2方程式4由于FY1與FX2的指向相同，F(xiàn)Y分力是相加的。該相加的FY分力引入了一較大的離開磁道的力。該大的“離開磁道的”力激勵剛體共振或“離開磁道”共振，增長了致動器塊62-1和諸磁頭60的尋找調(diào)整時間。尤其是，該致動器部件(致動器塊62-1、軸承座73)是一剛性體，因為該致動器的質(zhì)量和諸支撐軸承的彈性常數(shù)，在被外力激勵時，該剛性體發(fā)生共振或振動。沿著離開磁道方向(即平行于箭頭126)的大的激勵或共振限制了尋找調(diào)整時間和伺服帶寬。
為了補償離開軸線的力，可提高軸承剛度；但是，提高了的軸承剛度導致偏置或磁滯增大，這破壞了在磁道上的調(diào)整。另外，由于空間的限制，不能顯著提高剛度。本發(fā)明涉及一種致動器部件，該部件減小離開磁道的力，以減少對剛性體共振的激勵，同時能保持所需的扭矩輸出，以供致動器塊的工作。本發(fā)明的致動器部件減少了離開磁道激勵，以改善尋找調(diào)整時間，在對于一磁盤驅(qū)動器的諸一定形式的因素范圍之內(nèi)，并提供一所需的磁頭行程和擺臂長度，這將在此后要說明。
圖5表示了本發(fā)明的一致動器部件的實施例，它包括致動器塊62-2，其中所采用的相同編號代替前面數(shù)圖中的相同零件。如圖所示，致動器塊62-2包括復合線圈130、132，它們形成VCM64的轉子。線圈130、132用于限制離開磁道的力FX而不會損失施加的扭矩，為被增大的寬度減少致動器剛性體共振的啟動。如圖所示，線圈130包括呈一較扁平卷繞的線環(huán)形式的兩間隔開的有效線圈分支134和136；線圈132包括沿呈較扁平的卷繞的線環(huán)形式的兩間隔開的有效線圈138和140。諸線圈的布線用于如箭頭142、144所圖示的單向電流流動。
復合線圈130、132相對于主體部分70以間隔疊置關系被支撐在間隔開的不同的Z軸線高度處。特別是，復合線圈130、132通過間隔的上和下托架150、152支撐起來和交錯排列，并相對于該線圈部件的一中心軸線交錯和對稱或鏡面對稱設置，為該致動器塊提供一平衡的重量。線圈部件偏置于縱軸線86，以補償或平衡操作線路82的重量。如圖6所示，致動器塊62-2被支撐起以在磁盤驅(qū)動器154內(nèi)工作，其中的相同的編號指的是相同的零件。
線圈130、132與疊置的磁鐵與護鐵部件156、158校準，以形成永久磁場而形成VCM。圖7是沿圖6中的“7-7”線剖開的磁鐵與護鐵部件156、158的橫剖面圖。如圖所示，磁鐵與護鐵部件156包括通過隔板164支撐的隔開的護鐵160、162。護鐵160、162分別支撐磁鐵166-1、166-2和167-1、167-2，以形成具有相對的磁場170、172的空氣隙168。磁鐵與護鐵組件158包括由隔板178支撐的間隔的護鐵174、176。護鐵174、176分別支撐磁鐵180-1、180-2和181-1、181-2，以形成具有相對的磁場184、186的空氣隙182。
磁鐵與護鐵部件156、158連接于磁盤驅(qū)動器154的面板52，并被以疊置關系支撐在不同的Z軸線高度上，相對于縱軸線交錯排列，分別使空氣隙168、182與線圈130、132對準。如圖8所示，線圈130、132的分支134和138相對于縱軸線交錯排列(即圍繞該線圈部件的一中心軸線成鏡象關系)，并沿大致垂直于該縱軸線的方向延伸。磁鐵與護鐵部件被設置得使具有一類似的電流流動方向的橫向分支134、138在指向相反的磁通場里工作，以轉動驅(qū)動器塊。線圈分支136、140相對于縱軸線交錯排列，具有類似的電流流向的分支136、140在指向相反的磁通場里工作，以如圖8所示地使驅(qū)動器塊轉動，并符合下列關系，即T＝FX1(dy1)+FX2(dy2)+FX2(dy2)+FX3(dy3)+FX4(dy4)+FY1(dx1)+FY2(dx2)+FY3(dx3)+FY4(dx4)方程式5如圖所示，有效線圈分支134和138大致垂直于X軸線延伸，線圈分支136、140相對于X-Y軸線傾斜。橫向線圈分支134、138提供一很大的FX或在軸線上分力和一較小FY或離開軸線的分力，后面所述的一分力由于VCM工作的結果而施加于驅(qū)動器塊。有效線圈分支136、140提供一FX或在軸線上分力和一FY或離開軸線分力，后面所述的一分力施加于驅(qū)動器塊。
因此，如圖所示，F(xiàn)X分力等于FX＝FX1+FX2+FX3+FX4方程式6由于FX1與FX2和FX3與FX4指向相反，F(xiàn)X＝0 方程式7FY分力等于FY＝FY1+FY2+FY3+FY4方程式8由于FY1與FY3幾乎被消除了，當與如圖2所示的已有技術的諸分支相比時，與如圖2所示的已有技術的線圈分支相比，F(xiàn)Y2和FY4被明顯地減小了。在所示的一實施例中，與圖2所示的已有技術的線圈設計相比，整個離開磁道的力被減小了60％。這樣，本發(fā)明的音圈電動機的離開磁道的力FY被減小了，同時保持有所需的扭矩輸出，這樣，減小了驅(qū)動器部件的離開磁道激勵。
如上所說明的，本發(fā)明的VCM包括諸復合線圈。由于使用了這些復合線圈，為產(chǎn)生單個線圈VCM的扭矩幅值，每個線線圈130、132較小，繞線圈數(shù)也較少。以串聯(lián)相結合的較小的復合線圈130、132的總電感比如圖2所示的一單個大線圈的還低，這是因為電感正比于L≌n2a方程式9式中L-電感；n-線圈圈數(shù)；以及a-被線圈包容的面積。
理論上，如上所述，一個具有大致為一傳統(tǒng)的單個線圈VCM的一半圈數(shù)和大致為一傳統(tǒng)的單個線圈VCM的一半面積的包容面積的復合線圈VCM，它的電感能被描述為L≌(n/2)2(a/2)+(n/2)+(n/2)2(a/2)＝n2a/4 方程式10如此，由于一個復合線圈設計的L≌n2a/4，而一傳統(tǒng)的單個線圈設計的L≌n2a，故具有傳統(tǒng)的單個線圈設計的一半圈數(shù)和一半包容面積的諸復合線圈的電感較小。復合線圈的電阻與一單個線圈VCM的大致相同。例如，在如圖2所示的一已有技術的一實施例中，線圈圈數(shù)為178圈，其電阻為5.7歐姆，電感測得為850毫享。在如圖5所示的本發(fā)明的一雙線圈VCM的一實施例中，總圈數(shù)為240，每個線圈的圈數(shù)為120圈，該兩線圈的合成電感為550毫享，總電阻為6.10歐姆。如此，在已有技術實施例與本發(fā)明的該實施例之間，電感大致減小了35％。
如我們將該音圈電路(voice coil circuit)模擬成如圖9所示的一個L(電感)-R(電阻)電路，對于施加于該線圈上的一電壓，如圖10所示的電流曲線可以下式描述，即i(t)＝V/R[1-e-(R/L)t] 方程式11式中L/R為定義為該L-R電路的時間常數(shù)。時間常數(shù)較小，使電流升高較快。最終，改善了諸尋找時間，這是由于扭矩T與電流i成比例的緣故。這樣，由于復合線圈的R和L分別相同和小于單個線圈的，故復合線圈VCM的時間常數(shù)小于傳統(tǒng)的單個線圈。如此，相對于單個線圈設計來說，復合線圈設計的更小時間常數(shù)提供了更快的尋找時間。
如圖6和7所示，諸復合線圈130、132在空氣隙168、182里轉動，以將被驅(qū)動器塊62-2支撐的磁頭60大致定位在一內(nèi)徑ID190與一外徑OD192之間。線圈130、132轉動一足夠的磁頭行程距離，以便使諸磁頭布置在ID190與OD192之間。這復合線圈的X-Y平面的尺寸和諸磁頭在ID190與OD192之間的布置所需的X-Y行程面積限定了VCM的操作面積或區(qū)域。特別是，如圖8所示，驅(qū)動器塊62-2的定位適于磁頭60相對于ID190布置。當驅(qū)動器塊62-2轉動以使該磁頭60相對于OD192布置時，該線圈部件沿著由圖中虛的分界線196表示的一方向轉動一行程距離。這樣，供操作所需的面積包括線圈130、132的X-Y平面的尺寸和到虛分界線196的行程距離。
為了增大可攜帶的和空間界限減小磁盤驅(qū)動器尺寸，如此，減小了VCM的可利用的操作區(qū)或面積。較長的致動器臂可用來減少諸線圈的行程距離，以減小該VCM的工作范圍，但是，較長的致動器臂降低了共振特性，并增大了致動器塊62-2的慣性。在本發(fā)明的VCM中，諸個復合線圈被疊置在間隔的若干Z軸線高度上。復合線圈130、132的一部分在X-Y平面里重疊，以減小VCM的X-Y平面操作區(qū)尺寸。該重疊關系減小了VCM的操作區(qū)或面積，以減小諸磁頭在磁盤的ID190與OD192之間操作諸磁頭所需的有效面積，而不必增大擺臂長度(即，致動器臂66的長度)。
諸線圈在復合的疊置的磁鐵與護鐵部件156、158里工作。如圖1所示，諸磁鐵與護鐵部件156、158被支撐在不同的Z軸線高度上，部件156、158的一部分重疊，保護鐵162置于護鐵174上，這樣，空氣隙168、182對準于重疊的線圈130、132。上和下托架150、152用來支撐線圈130、132，使線圈130、132的一部分有一疊合部分，以減小總的X-Y操作區(qū)面積。如圖8所示，上和下托架150、152包括底部200和臂202、204。底部200在間隔開的諸高度上連接于致動器塊62-2，臂202、204從那里延伸出。臂202垂直于縱軸線延伸，以支撐起與它相連接的線圈130、132的橫向分支134、138。臂204連接于底部200，并從縱軸線86以一斜角朝外延伸，以支撐有效線圈分支136、140。線圈130、132的分支134、138連接于托架150、152的臂202，線圈136、140的分支通過粘膠和其它已知的傳統(tǒng)方法連接于托架150、152的臂204。
可以理解的是盡管在前面描述了結構細節(jié)和本發(fā)明的幾個實施例的功能，還提出了本發(fā)明的幾個實施例的多種特性和優(yōu)點，這種揭示僅僅作了圖解說明。在細節(jié)上可作出一些變化，尤其在諸零件的結構和設置方面，這些變化可在本發(fā)明原理內(nèi)，在由所附的諸權利要求表達的術語的較寬廣的總概念所表明的充分的范圍內(nèi)進行。例如，雙線圈的特定設計可變化，(這要取決于具體的用途)，而同時基本上保持住相同的功能，但不背離本發(fā)明的范圍和精神。此外，盡管在此表述的諸最佳實施例是針對一種磁鐵型數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，能為熟悉該領域里的技術人員理解的是本發(fā)明傳授的能適用于其它系統(tǒng)，如一種光學數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，而不背離本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1.一種磁盤驅(qū)動器的致動器，它包括一致動器塊，它由一剛性件形成，具有一升高的范圍并包括沿與該升高的范圍垂直的一縱軸線延伸的一致動器臂，該致動器臂設于支撐一磁頭，該升高范圍平行對準于致動器塊的轉動軸線；以及一線圈部件，它配合于致動器塊，并適于在一磁場里工作，以形成一音圈電動機，所述線圈部件包括多個卷繞的線圈，這些線圈由致動器塊支撐在間隔開的諸高度上，并具有其彼此重疊的被間隔開的諸線圈的一部分，以此為音圈電動機減小操作范圍。
2.按照權利要求1的致動器，其特征在于，該致動器的尺寸大小適于在一磁盤驅(qū)動器中組裝，包括諸磁鐵部件，在這些磁鐵部件之間有空氣隙，諸所述磁鐵部件在間隔開的諸高度上連接于該磁盤驅(qū)動器的一底架，并與諸線圈對準，以便音圈電動機的工作。
3.按照權利要求1的致動器，其特征在于，線圈部件的諸線圈包括至少一個線圈部分，該部分沿一總的垂直于縱軸線的方向延伸。
4.按照權利要求1的致動器，其特征在于，該線圈部件包括由上和下托架支撐的上和下線圈，所述上和下托架在間隔開的諸高度連接于致動器塊。
5.按照權利要求1的致動器，其特征在于，諸線圈相對于縱軸線交錯排列。
6.按照權利要求1的致動器，其特征在于，諸線圈相對于一中心軸線成鏡面對稱。
7.按照權利要求1的致動器，其特征在于，多個卷繞的線圈由一以串聯(lián)方式布線的連續(xù)的線圈形成。
8.按照權利要求7的致動器，其特征在于，諸線圈的布線使電流沿一單一方向流動。
9.按照權利要求1的致動器，其特征在于，諸線圈總的呈現(xiàn)為梯形。
10.按照權利要求2的致動器，其特征在于，磁鐵部件的一部分重疊裝配。
全文摘要
一種改進的旋轉致動器,該致動器用來相對于一磁盤驅(qū)動器(50)的一磁盤(54)支撐諸磁頭(60),以進行工作。該旋轉致動器包括一樞轉地連接于一磁盤驅(qū)動器(50)的一底座(52)的致動器塊(62—2)。該制動器塊(62—2)包括一用于支撐諸磁頭(60)的致動器臂(66),并支撐一線圈部件,該部件適于在一磁場里工作以形成一音圈電動機(110)。該線圈部件包括多個卷繞的線圈(130,132),這些線圈由致動器塊(62—2)支撐在諸間隔開的高度并具有一部分間隔開的線圈彼此重疊起來,以減小音圈電動機(110)的工作區(qū)域。諸線圈(130、132)的幾何形狀減小了剛性體共振的離開磁道力激勵,以適于帶寬伺服。在調(diào)整時間內(nèi)該線圈部件還減少了離開磁道的力,以改善尋找時間。
文檔編號H02K41/035GK1261454SQ98806419
公開日2000年7月26日 申請日期1998年7月1日 優(yōu)先權日1997年9月23日
發(fā)明者肯特·J·福博爾達 申請人:西加特技術有限公司