专利名称：用于改善伺服控制的活动磁性轴承系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁性数据存储设备的领域，尤其(但不是以限制方式)涉及优化一个磁盘驱动器的机械构造，以便改善操作性能。
背景磁盘驱动器被用作现代计算机系统和网络中的主要的数据存储设备。一个典型的磁盘驱动器包括一个或多个刚性的磁性存储磁盘，它们围绕一个主轴马达的一个旋转轴心转动，以形成一个磁盘叠式存储器。一个读/写变换磁头阵列在该磁盘叠式存储器附近由一个传动装置支撑，以便在各个磁盘磁道与其内安装有该磁盘驱动器的一台主机之间传递数据。
传统的传动装置使用一个音圈马达将磁头与磁盘表面定位。这些磁头经由弯曲部分被安装在多个臂的末端，这些臂从一个传动装置主体径向向外突出。该传动装置主体围绕一个转轴旋转，该转轴的位置非常邻近磁盘的外部末端并被安装在磁盘驱动器外壳上。该转轴平行于主轴马达和磁盘的旋转轴，以便磁头在平行于磁盘表面的一个平面中移动。
传动装置音圈马达包括被安装在磁头臂对面的传动装置主体侧边上的一个线圈，以便被浸没在一个磁性电路的磁场中，该磁性电路包括一个或多个永久磁铁和有磁性穿透力的磁极块。当电流通过线圈时，建立了一个电磁场，该电磁场与磁性电路的磁场相互作用，使线圈按照众所周知的洛伦兹关系移动。当线圈移动时，传动装置主体围绕枢转轴旋转，磁头移过磁盘表面。
对磁头位置的控制通常利用一个闭环伺服系统(例如，第5,262,907号、标题为“具有改善的伺服系统的硬盘驱动器”的美国专利中所揭示的，该专利于1993年11月16日发给Duffy等人(Duffy‘907)并转让给本发明的受让人)来实现。一个典型的伺服系统使用伺服信息(在磁盘驱动器的制造过程中被写入磁盘)，通过生成一个位置差错信号(PES)来检测和控制磁头的位置，该信号指出磁头相对于一个所选磁道的位置。伺服系统通过比较在磁盘表面上的伺服信息中精确定位的磁化伺服区段产生的脉冲信号的相对信号强度，生成PES。
伺服系统主要以两种可选模式中的一种模式进行操作寻道和磁道跟踪。寻道操作需要通过离开初始磁道和移向目标磁道的磁头的最初加速和后来减速来将一个所选的磁头从一个初始磁道移到相应的磁盘表面上的一个目标磁道。使用一种速度控制的方法，其中将反复对磁头的速度进行估计(基于被测量的位置)并与该磁头的速度分布图比较，该图定义了一个理想的寻道用的速度轨线。在寻道过程中，根据被估计的速度与理想速度之间的差对施加于线圈的电流量进行校正。
当磁头达到离目标磁道有一段预定的距离(例如，离开一个磁道)时，伺服系统转变为一种稳定模式，在此模式中，磁头被安放在目标磁道上。其后，伺服系统进入一个磁道跟踪操作模式，其中，让磁头跟踪目标磁道，直到执行下一次寻道操作。
这样，磁盘驱动器的设计通常使用具有速度分布图的接近时间最佳控制在寻道过程中控制所选磁头，使用一个基于状态估计器的具有相对缓慢积分的控制器将磁头安放在目标磁道上，并且使用基于同一状态估计器的具有相对较快积分的控制器进行磁道跟踪。
传统磁盘驱动器的设计者一直使用用于使传动组件围绕枢轴点旋转的球轴承夹头。当磁头径向地从一个磁道移到另一个磁道时，这些轴承组件经历传动臂围绕枢轴点十分快速的反复运动。随着现代磁盘驱动器的存储量的继续扩展，传动臂围绕轴承组件旋转所需的精确度已经大大提高。
寻道和磁道跟踪操作的精确度取决于传动轴承组件的性能。传统的球轴承组件要承受机械限制，这对它们在当今高性能磁盘驱动器中的运用有不利的影响。尤其是，传统的球轴承组件要经历金属磨损、较多的谐振和摩擦，以及润滑剂除气处理。这些问题会加剧有选择地在磁盘驱动器(具有提高的空气密度)中定位一个变换器时所遇到的困难。
已经提议将电磁轴承组件用作解决这些问题的一个方法。电磁轴承是一种支持和控制浸没在一个被有效受控的磁场中的一个物体的位置的器件。电磁轴承具有的明显好处是转子-定子摩擦和机械磨损可以忽略。
磁性轴承对于旋转地支撑一个转子非常有效，该转子由一个位于定子上的无源(永久磁铁)或有源(电磁)磁铁建立的受控磁场实行有效的浮动。通常，磁场由一个包含电感传感器和可变电磁铁的闭环反馈系统控制。于1992年5月5日发给Meeks(“Meeks‘102”)的美国第5,111,102号专利提供了对用于维持磁性悬挂的磁性轴承组件和闭环反馈控制的详细、全面的解释。
磁性传动轴承组件在磁盘驱动器设计与制造的技术领域是已知的。例如，1998年9月18日发给Dunfield等人(“Dunfield‘839”)的美国第5,808,839号专利揭示了一种被机械地围绕其轴耦合的磁性轴承组件。但是，Dunfield‘839不能使用完全的三轴悬浮，而只能提供两个(X-Y)轴悬挂。此外，原先技术的磁性轴承组件不能将传动装置的磁性悬挂与其伺服控制联系起来。所以，迫切需要开发一种全浮动的传动轴承组件，该传动轴承组件可有利地使受控传动装置悬浮与其复杂的伺服控制相互关联。
发明概要本发明提供了一个改善过的轴承夹头，用于按枢轴的方式将一个旋转传动装置附着于一个硬盘驱动器的基台(basedeck)。改善的轴承夹头还改善了寻道和磁道跟踪操作过程中旋转传动装置的伺服控制。
根据较佳实施例，改善的轴承夹头包括一个活动磁性轴承组件，该组件用三维方法在严格定义的公差范围内悬挂旋转传动装置。该活动磁性轴承组件较佳地组合了多个定向电磁驱动器、多个定向永久磁铁和多个检测线圈。
对应于活动磁性轴承组件的电路提供了一个控制方案，该方案使活动磁性轴承能够检测传动装置中的扰动并将纠正电流施加于适当的电磁驱动器。该电路还提供一种前馈信号，指示传动装置变换到一个音圈马达(VCM)伺服控制电路，调节被施加于用来定位该传动装置的一个VCM的电流量。另一方面，VCM伺服控制电路前馈信号指出一个即将发生的寻道的一个寻道期待信号。提醒活动磁性轴承组件一项即将发生的寻道操作，使活动磁性轴承控制能预先“支撑”其自身，以合成由围绕枢轴旋转的传动臂产生的扭矩力。
通过阅读以下详细的描述并观察有关的附图，构成本发明特征的这些和其他特征与优点将一目了然。
附图简述
图1是根据本发明的一个较佳实施例构建的一个磁盘驱动器的顶部平面视图。
图2是图1的磁盘驱动器的功能方框图。
图3是根据本发明的一个较佳实施例构建的一个活动磁性轴承组件和传动装置的透视图。
图4是图3的活动磁性轴承组件和传动装置的横截面视图。
图5是图3的活动磁性轴承组件的横向悬挂组件的顶部平面视图。
图6是图3的活动磁性轴承组件的垂直悬挂组件的侧仰角视图。
图7是图3的活动磁性轴承组件的检测线圈组件的顶部平面视图。
图8是来自图7的检测线圈组件内部的剖面侧视图。
图9是图2中伺服电路与活动磁性轴承电路的功能方框图。
图10是速度受控寻道操作的功能方框图，展示了伺服电路与活动磁性轴承电路之间的前馈控制方案。
图11是位置受控操作的功能方框图，展示了伺服电路与活动磁性轴承电路之间的前馈控制方案。
详细描述为了对本发明各种当前较佳实施例进行详细的描述，首先参照图1，该图表示了用于存储计算机数据的一个磁盘驱动器100的顶部平面视图。磁盘驱动器100包括一个磁头-磁盘组件(HDA)101和一个印刷的配线组件(PWA)，支持磁盘驱动器100使用的控制电子电路。PWA被安装于HDA101的下侧，因此在图1中看不见。
HDA101包括一个基台102，该基台用于支撑以恒定的高速度旋转多个磁盘106的主轴马达104。虽然未被示出，但不言而喻，磁道使用在按一种传统方式制造的过程中被写到磁盘驱动器100的伺服数据而被确定在每个磁盘表面上。一个磁盘夹108将磁盘106和位于邻近磁盘(在图1中看不见)之间的一系列磁盘定位架固定于主轴马达104。一个顶盖(未示出)与基台102配对，为HDA101提供了一个内部环境。
一个旋转传动装置110被构造成围绕由基台102支撑的一个活动磁性轴承组件(AMBA)112旋转。一般而言，AMBA112被用作一个活动磁性轴承夹头进行操作，该夹头通过使用受控电磁引力来在AMBA112内三维地悬挂传动臂。下面将更加详细地讨论具体部件和AMBA112的相互关联的功能。
通过将电流受控地施加于一个音圈马达(VCM)114的一个传动线圈113，来旋转传动装置110。一个E块115包括传动装置110的中心部分，并用作多个传动臂116的支架。多个传动臂116从E块115突出并支撑弯曲组件118，这些弯曲组件又在磁盘106的表面上支撑多个对应的磁头120。当不使用磁盘驱动器时，一个插销/停止组件122将磁头固定以磁盘106的内直径构造的登陆区(未指定)；并且包括限制器(未分开指定)，以限制传动装置110的径向长度(冲程)。一个弯曲线路组件124和一个前置放大器驱动器(前置放大器)132促进传动装置110与磁盘驱动器PWA之间的电气通信。
现在参照图2，其中提供了图1的磁盘驱动器100的相关部分的一个概括的功能方框图，包括布置在前述磁盘驱动器PWA上的电路。显示出磁盘驱动器100可被操作而耦合到一个主机设备150，磁盘驱动器100与该主机设备相关联。例如，主机设备150可以包括其内安装有磁盘驱动器的一台个人计算机(PC)。
控制处理器152根据存储在动态随机存取存储器(DRAM)154和闪烁(flash)存储器156中的程序与参数值来提供对磁盘驱动器100的操作的高级控制。接口电路158包括一个用于临时缓冲被传递的数据的数据缓冲器(未分开示出)和在数据传递操作过程中指导读/写通道160和前置放大器132的操作的一个顺序控制器(“定序器”，也未分开示出)。如图1中所示，前置放大器132较佳地被安装于传动装置110上。
通过主轴马达104的反电动势(bemf)交流，主轴电路164被提供来控制磁盘106的旋转。伺服电路166控制所选磁头120相对于磁盘106的位置。AMBA电路168控制AMBA112的操作。在观察AMBA112的构造之后，下面将更加详细地描述AMBA电路168的详细操作和AMBA电路168与伺服电路166之间特殊的相互关系。
参照图3，该图表示了根据本发明一个较佳实施例构建的AMBA112的透视图。AMBA112包括四个主要组件、一个支撑框架组件172、多个横向悬挂组件178、多个垂直悬挂组件182和多个检测线圈组件184。支撑框架组件172的特征一般在于一个“C”字形的元件，它具有两块水平板174和一块垂直取向的垂直板176，以便使两块水平板174实质上彼此平行并位于垂直板176的相对两端。在本发明的一个较佳实施例中，支撑框架组件172由一种导磁材料构建而成，从而提供了一条有效的磁力线路径。对于该技术领域中的普通技术人员不言而喻的是，支撑框架组件172位于基台102上，使得支撑框架组件172不会抑制传动装置110的操作。图1中展示了支撑框架组件172的一个较佳的取向。
每个横向悬挂组件178的位置十分接近，并且其基本上平行于支撑框架组件172的一个各自的水平板174。以下将参照图5来更加详细地描述横向悬挂组件178的具体部件。应该注意，每个横向悬挂组件178在结构上与另一个横向悬挂组件相同。两个横向悬挂组件178由位于横向悬挂组件178外围周围的多个支座(standoffs)180保留在相对于水平板174的位置中。
图3进一步表示了垂直悬挂组件182，它们将位于由支撑框架组件172和横向悬挂组件178的水平板174之间的支座180提供的空间中。应该注意，每个垂直悬挂组件182在结构上与另一个垂直悬挂组件相同。不言而喻，用于指定具体悬挂组件的术语“横向”和“垂直”是指其操作所指向的三维(X，Y，Z)几何轴。
AMBA112还包括两个检测线圈组件184，它们牢固地连接到各自的横向悬挂组件178的内侧。除了AMBA112的前述部件外，图3表示了传动装置110的各个部件。传动装置110包括传动线圈113、E块115、传动臂116和一个转轴192。转轴192牢固地附着于E块115并基本上平行于支撑框架组件172的垂直板176而延伸。转轴192被悬挂在横向悬挂组件178内，以便转轴192的每个终端末端在垂直悬挂组件182的附近被支撑。转轴192一般是直径有一个变化的圆柱体(表示为一个转轴台阶194)。较佳地，转轴192同样是由一种高传导性的铁磁材料构建而成的。
现在参照图4，该图表示了AMBA112和传动装置110的所选部件的透视横截面视图。从图4中可见，转轴192连续延伸通过E块115。图4还展示了检测线圈组件184和横向悬挂组件178的相对布置。应该注意，为了展示其相对于转轴192的位置，所以夸张了检测线圈组件184与横向悬挂组件178之间的距离的表现。图4还展示了转轴台阶194与检测线圈组件184的接近性，以及转轴192的终端末端和垂直悬挂组件182的相对定位。
图5表示了一个单独的横向悬挂组件178的顶部平面视图。通过图3和图4将更容易理解，在本发明的一个较佳实施例中，有两个结构相同的横向悬挂组件178。横向悬挂组件178主要包括一个横向磁力线管道200、多个横向电磁组件202和一个孔204。在本发明的一个较佳实施例中，多个横向电磁组件202在横向磁力线管道200周围被等距离隔开，以便孔204的周长由横向电磁组件202的远端大致限定。孔204是圆形的，最好位于横向磁力线管道200的中心并且边上的直径大于转轴192的直径。多个凹进的区域(未分开指定)由邻近的电磁组件202的各个侧边确定。
在一个典型的实施例中，有四个单独的横向电磁组件202。第一对横向电磁组件位于孔204的相对两侧，并控制转轴横向位移(例如，由箭头203表示)的第一分量(“X”轴)。第二对横向电磁组件位于第一对横向电磁组件202附近并控制转轴横向位移(例如，由箭头205表示)的第二分量(“Y”轴)。将容易理解，横向电磁组件202的具体构造可以随设计而变化，在本发明的范围内可预期有这些变化。
横向电磁组件202还包括多个铁磁突出物(“柱”)206、驱动器线圈208、横向布置的永久磁铁210和磁力线接收器212。突出物206传导地附着于横向磁力线管道200。横向磁力线管道200较佳地由一种有磁性穿透力的材料构建而成，以便在邻近的横向电磁组件202之间提供有效的磁力线传递。驱动器线圈208被缠绕在突出物206的周围并连接到AMBA电路168。AMBA电路168通过驱动器线圈208来控制电流的应用，从而产生一个理想大小的磁场。驱动器线圈208被缠绕在层状钢柱206周围的方向在邻近的横向电磁组件202之间交替改变，以颠倒邻近的电磁铁的极性并提供一个连续的磁力线传递。
继续参照图5，确定永久磁铁210的方位，改变邻近的横向电磁铁组件202上的极性。接收器212控制转轴192与永久磁铁210之间的气隙，并防止永久磁铁210因横向转轴192的变换而接触。箭头214展示了由永久磁铁210和驱动器线圈208产生的磁力线路径。
现在参照图6，该图表示了牢固地附着于支撑框架组件172的两个水平板174的两个垂直悬挂组件182，它们合作控制转轴192在垂直(“Z轴”)方向(由箭头217表示)上的位移。如上所述，支撑框架组件172实质上是具有两个水平板174和垂直板176的一个“C”字形元件。支撑框架组件172还包括被插入一个铝支柱220的C字形磁力线管道218(在图1、3和4中也可以看见这种构造)。磁力线管道218较佳地组合了多个层状的钢元件，以便提供所示的有效的磁力线路径。
如同图5，图6的组件包括突出物206、驱动器线圈208、永久磁铁210和接收器212。每个接收器附着于对应的永久磁铁210，并且在保护垂直悬挂组件182不垂直位移转轴192时帮助进行磁力线传递。不言而喻，接收器212的开放面的特殊形状将被铣削成与转轴192对应的远端相匹配。
现在参照图7，该图表示了检测线圈组件184中的一个检测线圈组件的顶部平面视图。从图3和4中将回忆起，有两个在结构上相同的检测线圈组件184，它们位于转子组件190的相对侧并接近转轴192和转轴台阶194。每个检测线圈组件184包括多个横向传感器组件240、一个垂直传感器组件242和一个支撑环244。在本发明的一个较佳实施例中，检测线圈组件有四个横向传感器组件240，它们等距离地位于支撑环244的内部圆周周围。支撑环244可以由适合用于安装横向传感器组件240和垂直传感器组件242的一种模制聚合物构造而成。
每个横向传感器组件242包括一个铁氧体柱246和一个检测线圈248。铁氧体柱246实质上是“U”字形的，其定位使铁氧体柱246的终端接近铁磁转轴192。检测线圈248由一种传导材料(例如，铜)构造而成，并紧紧缠绕在铁氧体柱246的周围。检测线圈248具有连接到AMBA电路168的导线(未分开示出)。
继续参照图7，检测线圈组件184的功能以基本电磁原理为前提。当转轴192中发生横向位移时，该转轴移向至少一个横向传感器组件240。转轴192朝向横向传感器组件240的位移在横向传感器组件240中产生一个信号，该信号被传送到AMBA电路168，经由检测线圈248进行处理。下面将更加详细地讨论对来自检测线圈组件184的信号的处理。
图8沿8-8观察图7中的检测线圈组件184的侧视图，展示了附着于支撑环244的内部圆周的一个垂直传感器组件242。应该注意，垂直传感器组件242的各个部件较佳地在形式、安排布置和标号上与横向传感器组件240的各个部件相同。垂直传感器组件242被确定方位，以便铁氧体柱246的终端被放置在转轴台阶194的附近。和横向传感器组件240一样，垂直传感器组件242检测转轴台阶194相对于垂直传感器组件242的位置的变化。尤其是，在垂直变换过程中，转轴台阶194使一个信号在垂直传感器组件242的检测线圈248中产生。然后，代表信号从检测线圈248被输出到AMBA电路168用于处理。现在将参照图9进一步解释检测线圈组件184、横向悬挂组件178、垂直悬挂组件182和AMBA电路168的相互关联的功能。
参照图9，该图表示了图3的AMBA电路168和伺服电路166的功能方框图。伺服数据由一个所选的磁头120变换，以生成一个由前置放大器132放大的读回(read back)信号。该放大的读回信号接下来经历一个自动增益控制(AGC)电路252的振幅归一化功能，它将读回信号的振幅范围调节到适合于伺服电路166的保持部分的范围。
接着，读回信号被提供给解调器电路(demod)254，它为伺服数据解码并对其加以限制，以便将数字输入提供给伺服数字信号处理器(伺服DSP)256。伺服DSP256从磁盘驱动器控制处理器152接收高级指令并利用存储在伺服DSP存储器中的程序执行寻道和磁道跟踪操作(未分开示出)。磁盘驱动器控制处理器152使用高级程序来控制磁盘驱动器100的整个操作，包括磁头120与其内安装有磁盘驱动器100的主机150(图3)之间的数据的传递。
伺服DSP256将一系列电流命令信号输出到线圈驱动器电路258，该电路将电流施加到线圈113，从而调节所选磁头120的径向位置。
AMBA电路168对AMBA112的控制始于从检测线圈组件184输出的一个信号。如前所述，检测线圈组件184检测孔206内的转轴192的垂直和横向位移。将注意到，检测线圈组件184还对具有垂直和横向分量的转轴192变换进行检测。
经检测线圈组件184对变换的检测，一个检测信号由检测线圈242输出，由轴承检测电路259接收。轴承检测电路259放大该检测信号并将其输出到一个模拟-数字变换器(A/D)260，该变换器限制用于由AMBA DSP 262进行数字操作的检测信号。
在本发明的一个较佳实施例中，伺服DSP256和AMBA DSP 262被包含于专门执行伺服和AMBA命令的一个单个设备的内部。或者，可以提供分开的DSP模块，来执行各自的伺服和AMBA功能。这样，图9中的伺服DSP256和AMBA DSP262模块可以代表一个单个的设备，或者可以代表两个不同的设备。
AMBA DSP 262接收该数字化的检测信号并根据被检测的转轴192变换的大小和方向来计算一个对应的校正信号。该数字纠正信号由一个A/D 264变换成一个模拟信号并被发送到轴承线圈驱动器电路266。轴承线圈驱动器电路266将校正信号变换成一个驱动器电流，该驱动器电流被施加到横向悬挂组件178和垂直悬挂组件182(共同由块268代表)。被施加到电磁铁组件202的纠正电流沿与转轴192变换对立的方向产生一个合成力，从而将转轴192定位在孔206的中心。
在活动磁性轴承的技术领域中，AMBA电路168是众所周知的具体化的闭环控制的基础电路。该闭环控制必须足够强大，以便在孔206内创建转轴192的亚稳定的牢固的悬挂。要了解活动磁性轴承控制的基础电子学的更详细的描述，请见Ronald Kipp和Dr.Joseph Imlach所著的《在严酷环境中操作的磁性轴承系统》和《监督机器的健康》(PCIM，1992年11月)。
作为一个额外的考虑，由轴承线圈驱动器260发送的驱动器电流必须足够强大，以便阻遏由永久磁铁210展示的最大的“负弹力”效应。换言之，当转轴192位移时，永久磁铁210与转轴192之间的引力随其分开距离的减小而增大。所以，来自电磁铁组件202的拉力必须至少与由永久磁铁210产生的最大的“负弹力”效应一样强大。例如，在磁盘驱动器关闭电源的过程中，转轴192将停止在一套或两套永久磁铁210旁。在此位置中，转轴与层状的钢接收器212之间将没有气隙，从永久磁铁210通过转轴192的磁力线传递将会是最大的。所以，当由轴承线圈驱动器260输出的功率被应用于一个对立的电磁组件202以便从其停止的位置拉动转轴192时，它必须足够强大。
继续参照图9，伺服DSP256和AMBA DSP262还被用作伺服电路166与AMBA电路168之间的前馈发信机。第一个方面，通过从代表一个即将发生的寻道的伺服电路166前馈一个信号，伺服DSP256改善AMBA112悬挂。在一次寻道操作中，传动臂110快速围绕转轴192旋转并产生在被悬挂的转轴192中实现的偏移力。为了阻遏这些力，一个寻道期待(SE)信号从伺服DSP256中输出并跟随信号路径280到AMBA DSP262。在一个寻道程序开始时，伺服DSP256输出SE信号，该信号提醒AMBA DSP262一个即将发生的寻道。
在本发明的一个较佳实施例中，SE信号不仅为AMBA电路168提供一个即将发生的寻道的通知，而且提供寻道的方向和大小。通过前馈一个代表由一次寻道产生的平移力的信号，AMBA电路168能够减少其响应时间并改善其纠正的操作。下面参照图10来更加详细地描述对SE信号的协同使用。
第二个方面，通过将一个轴承变换(BT)信号前馈到伺服电路166，AMBA电路168改善对磁头120的伺服控制。随着空气密度的增加，对高度精确的磁头120定位的要求变得更为重要。转轴192中的任何变换或振动都会引起传动装置110(包括磁头120)中的从属运动并对伺服电路166的磁道跟踪和寻道操作产生不利的影响。
来自AMBA112的干扰测量是三维轴承变换、传动装置110的径向与垂直位移，以及AMBA 112与传动装置110的基本几何特征的一个复杂的结果。因此，BT信号从AMBA DSP262沿路径282被输出并由自适应LMS滤波器284接收。自适应性LMS滤波器284是一个熟悉的方法，用于通过使用由一个普通的LMS运算法则驱动的具有可变系数的传递函数来迅速估计复杂的干扰。
自适应LMS滤波器284的被过滤的输出跟随信号通路286到伺服DSP256，其中，可容易地用它来改善寻道和磁道跟踪操作。现在将通过参考寻道操作(图10)和磁道跟踪操作(图11)来详细描述对伺服电路166中被过滤的BT信号的使用。
现在参照图10，该图表示了伺服DSP256执行速度受控寻道的程序的功能方框图。最初，图10表示了一个设备块300，代表包括VCM114、磁头120和前置放大器132的磁盘驱动器100的电气部分和机械部分。被构造成提供设备300的操作的数学模型的一个观察器302，输出对各自的路径204、206和208上的磁头位置、速度与偏置(XE、VE和WE)的估计。偏置代表趋于使移动磁头120偏离磁道的力(例如，来自由磁盘106的旋转形成的空气流的偏差效果和来自弯曲电路124的弹力)。偏置将经常取决于位置。
在寻道过程中，要去的磁道数目在路径310上被输入到轮廓器(profiler)312。如上面所讨论的，要去的磁道是留在寻道中的物理距离，并根据磁头的位置与目标磁道的位置之间的差来确定。作为响应，轮廓器通过(例如)插入技术或从存储在一张查找表格中的值输出路径314上的合适的命令速度。利用求和连接点316来确定命令速度与被估计的速度VE之间的差。该差——速度误差——被提供给具有增益KAL的增益块318，以执行加速限制功能。输出通过一个陷波滤波器320并在求和连接点322与BT信号相加，该BT信号沿路径286由LMS自适应滤波器284(在图10中未示出)输出。同时，目标磁道位置在输入路径326上被提供给偏置预测块328，该预测块328预测在求和连接点330处与所估计的偏置相加的偏置量。路径332上的输出在求和连接点322和作为第二求和连接点334处被相加，将对此作简短的讨论。
求和连接点322的输出被提供给具有增益KT的增益块336，用于补偿VCM114的非线性扭矩特性。输出在路径340上与电流指零信号在求和连接点338处相加，用于使电流等于零。路径342上产生的信号包括一个电流需求信号，该信号被提供给设备300，以调节所选磁头120的位置。
电流需求信号还被用作沿路径280被发送到AMBA DSP262的寻道期待(SE)信号。SE信号指出在寻道操作过程中被施加于设备的电流的方向和大小。如前面所讨论的，AMBA DSP262接收SE信号并在期待即将发生的寻道时预先调节AMBA112控制。
作为响应，设备在路径344上提供一个检测输出；伺服数据被提供给解调(demod)块346，电流电平被提供给求和连接点348。解调之后，伺服数据利用线性化块350被线性化，以便在路径352上提供一个位置样品XSAMP，它在求和连接点354处与位置估计XE不同，以便在路径356上提供一个观察器误差OERR。在此方式下，观察器302的操作名义上被保持为设备300的操作。
求和连接点348的电流输入被用于饱和补偿并相应地与来自路径358的饱和指零信号输入相加。增益块360应用饱和增益KSAT，输出不同于来自路径332的偏置总数。有限响应滤波器(FIR)块362将所需的时间延迟提供给陷波滤波器320的输出端，以便观察器302根据线圈是否处于饱和状态来从FIR 362或饱和环路接收开关量输入。
相应地，当大的电流变化在寻道过程中被施加到VCM线圈113，以便迅速加速和减速磁头120时，SE信号被提供给AMBA DSP262使AMBA电路168补偿传动装置110上的变换力发生的变化。虽然图10的实施例预期将电流命令信号用作SE信号，但是，可以使用或请求其他信号来形成SE信号(例如，由求和连接点316输出的速度误差)。
现在参照图11，该图表示了位置受控或磁道跟踪操作过程中伺服DSP256的程序的功能方框图。呈现的设备块400代表磁盘驱动器100的所选的电气方面和机械方面。作为参考，设备400一般包括由伺服电路166建立的基本环路部分(见图9)。设备块400接收路径402上的电流命令(ICMD)信号作为输入，作为响应，在路径404上输出指出所选磁头120的位置误差的一个位置差错信号(PES)。
图11进一步表示了一个观察器(OBS)块406，它一般提供设备400的一个数学模型，周期性地分别输出对路径408、410和412上的磁头位置(XE)、速度(VE)与偏置(WE)的估计(类似于图10中的观察器302)。与以前一样，偏置将被理解为表示趋向于将磁头从一个所选位置移开的力(例如，弯曲电路124施加的弹力(图1)和由磁盘106旋转而形成的空气流引起的偏差效应)。
路径408上的XE在求和连接点418处与参考位置(表示所需的磁头位置)相加，路径420上的输出被应用于具有增益KX的位置增益块422。路径410上的VE同样被应用于具有增益KV的速度增益块424。位置与速度增益块422、424的输出分别通过路径428、430被带到求和连接点426。输出(在路径432上)在求和连接点434处与来自路径412的WE和被过滤的BT信号(图9)相加，以在路径402上生成ICMD信号。
由于在精确的磁道跟踪操作中使用位置受控操作，因此，BT信号的加权是很重要的。路径432上的输出进一步被应用于增益块438并被提供给观察器406。将注意到，到求和连接点418、426和434的各种输入的符号指示通常已被任意分配并可以根据各个信号的极性的对应变化而进行修改。
相应地，在磁盘驱动器操作过程中，BT信号在稳定状态的基础上生成并被提供给伺服电路166，以在磁道跟踪过程中使AMBA112变换对磁盘驱动器100的影响减到最小。与图10中提及的速度受控寻道操作不同，从位置受控操作到AMBA DSP262没有输出，因为预期在磁道跟踪过程中传动臂相对小的运动将不足以干扰AMBA112的实质上牢固的悬挂。但是，在本发明的另一个较佳实施例中，ICMD信号(或其他合适的信号，例如，位置误差)被运用于一个前馈方案，以形成SE信号(如上面所讨论的)。
为了进一步解释AMBA电路168和伺服电路166的相互关联的操作，图11表示了在前馈操作中由每个电路所执行的步骤而提出的一个“AMBA至伺服”子程序450。
在步骤452中，检测线圈组件184检测AMBA112内的转轴192变换。将会认识到，AMBA 112内的转轴192的变换可能是由许多事件引起的，这些事件可能包括偏移力，它由传动装置110的运动产生并在外部将冲击施加到磁盘驱动器100。
经检测线圈组件184对干扰的检测，检测信号由检测线圈242输出并由轴承检测电路259接收。在步骤454中，轴承检测电路259确定转轴192变换的大小和方向。轴承检测电路259将变换信号传送给AMBA DSP262，用于额外处理。
在步骤456中，AMBA DSP262进行操作，将一个轴承变换(BT)信号输出到由步骤458展示的自适应最小平均平方(LMS)滤波器284。自适应LMS滤波器284利用自适应运算法则和具有可变系数的传递函数来根据许多不可估量的干扰计算被调节的BT信号。例如，自适应LMS滤波器284考虑到磁头120的动态径向位置和AMBA112与传动装置110的基本几何结构。
在步骤460中，自适应LMS滤波器284输出一个被过滤的BT信号，该信号是AMBA112内的转轴192变换的一个比例的代表。接下来，在步骤462中，伺服电路166接收被过滤的BT信号并将被补偿的电流施加到VCM 114的线圈113。“AMBA至伺服”子程序450提供了一个有效的方法，通过前馈使用表示AMBA112内的变换干扰的信号，用于改善伺服控制。
图12表示了一个“伺服至AMBA”子程序470，它提出在一个较佳实施例中由伺服电路166和AMBA电路168执行的各个步骤。
在步骤472中，伺服电路166开始一项伺服操作。通常，伺服操作是寻道或磁道跟踪操作。在寻道操作中，伺服电路166将电流施加到VCM114，以便控制磁头120从第一个径向位置移到第二个径向位置。在磁道跟踪操作中，伺服电路166可以涉及将电流施加到VCM114，以便将磁头120定位在一个恒定的径向位置。
在步骤474中，伺服电路166输出一个寻道期待(SE)信号表示即将发生的寻道操作。应注意到，在某些实施例中，SE信号可能希望代表寻道操作和磁道跟踪操作两者。SE信号可以建立在由伺服电路166生成的任何数量的信号的基础上并可以包括表示命令电流、速度误差或位置误差的信号部分接下来，在步骤476中，AMBA DSP262接收SE信号并计算一个被输出到轴承线圈驱动器266的校正信号。步骤478展示了轴承线圈驱动器266将一个被校正的电流信号应用于悬挂组件268的操作。“伺服至AMBA”子程序470提供了一个方法，用于改善在AMBA112内转轴192的三维悬挂，它通过将伺服电路166的操作分解为AMBA112的控制来实现。
从前面的讨论中将清楚地理解，本发明是针对一种稳定的活动磁性轴承组件和用于改善伺服控制与活动磁性轴承悬挂的方法。作为当前的较佳实施例的例子，磁盘驱动器100包括支持邻近可旋转磁盘106的磁头120的旋转传动装置110，和浸没在音圈马达114的磁场中的传动装置线圈113。
一个活动磁性轴承组件(AMBA)112被用于绕传动装置110的枢轴旋转，并且一般包括一个支撑框架组件172、一个横向悬挂组件178、一个垂直悬挂组件182、一个铁磁转轴192和多个检测线圈组件184。AMBA电路168控制转轴192的三维悬挂并为优化的磁盘驱动器性能将一个前馈轴承变换(BT)信号提供给伺服电路166。伺服电路166将电流施加到传动装置线圈，以便给磁头作相对于磁盘记录表面的定位(与磁头变换的伺服信息和BT信号相关)。伺服电路166还将一个寻道期待(SE)信号前馈到AMBA电路168，表示一项即将发生的寻道操作。SE信号允许AMBA电路168预先防止由寻道操作引起的干扰。
出于所附权利要求的目的，根据前述讨论，术语“电路”和“块”将被理解为以硬件或软件实现。短语“主机设备”将被理解为描述与所声明的磁盘驱动器进行通讯的任何设备，例如(但不局限于)上面讨论的个人计算机。虽然已经按一种具体的顺序陈述了各个方法步骤，但是，这种排序并不限制的范围。
显而易见，本发明很好地适应于实施对象和达到所述的目的与优点，以及内在的目的与优点。为揭示此目的，描述了当前的较佳实施例，但可以进行许多修改，这些修改为精通该技术领域的人所容易了解，并在所揭示的本发明和所附权利要求中所定义的精神范围之内。
权利要求
1.一种磁盘驱动器，其特征在于包括一个可记录的磁盘，多个磁道被径向地确定在该磁盘上；一个可移动的传动装置，它支撑邻近该磁盘的一个变换器；一个邻近传动装置的固定的活动磁性轴承组件，它包括多个轴承线圈，这些轴承线圈被构建成沿第一、第二和第三个正交轴使传动装置悬浮，以便传动装置围绕第一个轴旋转，在由第二个和第三个轴限定的一个平面中移动变换器；一个活动磁性轴承控制电路，它耦合到活动磁性轴承组件并将电流施加到轴承线圈，以使传动装置悬浮；一个耦合到传动装置的传动装置马达；以及一个伺服控制电路，它将电流施加到传动装置马达以便进行变换器的定位，它与变换器读取存储在磁盘上的伺服数据而生成的伺服信号相关。
2.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于伺服控制电路被构建成通过将寻道电流施加到传动装置马达以便将变换器从磁盘上的一个初始磁道移到一个目标磁道，执行寻道操作；其中，在寻道操作开始时，伺服控制电路将一个寻道期待信号输出到活动磁性轴承控制电路；其中，活动磁性轴承控制电路响应于寻道期待信号而调节被施加到轴承线圈的电流，以便当寻道电流被施加到传动装置马达时，补偿传动装置中引起的扭矩力。
3.权利要求2的磁盘驱动器，其特征在于寻道期待信号提供寻道电流的极性和大小的指示。
4.权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于活动磁性轴承组件还包括一个检测线圈组件，输出表示活动磁性轴承组件内干扰的一个干扰信号，其中，通过调节施加到与干扰信号相关的传动装置马达的电流，伺服控制电路可补偿干扰。
5.权利要求4的磁盘驱动器，其特征在于干扰包括施加到磁盘驱动器的外部产生的机械冲击；其中，施加到传动装置马达的被调节的电流可减小变换器中由机械冲击导致的位置误差。
6.在其上具有确定多个磁道的旋转磁盘的一个磁盘驱动器中，支撑邻近磁盘的一个磁头的一个可旋转的传动装置、一个旋转传动装置的传动装置马达、以三个正交轴使传动装置悬浮的一个活动磁性轴承组件，以及多个检测线圈组件，他们检测与传动装置相对于检测线圈组件的位移相关的传动装置中的干扰、用于控制磁头与磁盘的位置的一种方法，其特征在于包括以下步骤(a)生成表示被施加到传动装置马达的电流的一个基本电流命令信号，以便将磁头定位在有关磁盘的理想位置；(b)使用检测线圈组件来生成一个具有表示传动装置中的干扰的极性和大小的干扰信号；(c)结合基本电流命令信号和干扰信号，以生成一个被修改的电流命令信号；以及(d)响应于被修改的电流命令信号而将电流施加到传动装置马达，以将磁头与磁盘定位。
7.权利要求6的方法，其特征在于磁盘驱动器还包括传动装置马达驱动器电路；其中，应用步骤(d)包括将被修改的电流命令信号提供给传动装置马达驱动器电路的步骤，作为响应，该传动装置马达驱动器电路将电流施加到传动装置马达，以将磁头与磁盘定位。
8.权利要求7的方法，其特征在于活动磁性轴承组件包括响应于轴承电流而合作使传动装置悬浮的多个轴承线圈；其中，该方法还包括一个步骤(e)使用被修改的电流命令信号来调节轴承电流，以补偿当马达驱动器电路将电流施加到传动装置马达时在传动装置中引起的扭矩力。
9.权利要求6的方法，其特征在于在寻道操作过程中生成基本电流命令信号，以便根据与初始磁道和目标磁道之间的距离成比例标定的速度分布图将磁头从磁盘上的一个初始磁道移到一个目标磁道。
10.权利要求6的方法，其特征在于在与表示磁头与一个理想磁道之间的距离的位置误差相关的磁道跟踪操作过程中，生成基本电流命令信号。
全文摘要
用于控制磁盘驱动器(100)中的磁头(120)位置的装置和方法,该磁头由旋转传动装置(110)支撑,活动磁性轴承组件(112)又用磁性方式使该旋转传动装置悬浮。伺服控制电路(16)将电流施加到传动装置线圈(113),以旋转传动装置;活动磁性轴承控制电路(168)将电流施加到轴承线圈(208),以使传动装置悬浮。当一个外部的干扰被施加到传动装置时,活动磁性轴承控制电路将一个轴承变换(BT)信号提供给伺服控制电路,以调节被施加到传动装置线圈的电流,补偿干扰。相反,当伺服控制电路开始寻道操作时,一个寻道期待(SE)信号被提供给活动磁性轴承控制电路,以调节到轴承线圈的电流,补偿传动装置上发生的扭矩力。
文档编号G11B21/02GK1357083SQ00806518
公开日2002年7月3日 申请日期2000年4月19日 优先权日1999年4月21日
发明者T·E·埃尔 申请人:西加特技术有限责任公司