专利名称：利用低磁通密度的固态扫描换能器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及用以在信号发生或利用设备与诸如磁带或磁盘之类磁存储媒介之间传递信息的类型的磁换能器。更准确地说，本发明涉及一种固态扫描换能器，其中有选择地激活部分换能器以便沿存储媒介的不同部分记录和(或)再现信息。
一般说来，本发明所属类型的磁换能器一般包含一个在两磁极之间备有非磁性间隙的高导磁率磁性材料的磁芯。该间隙阻断了在磁芯内流通的磁通路径，从而使磁通量从磁芯间隙散射。在常规换能器中，该散射磁通量直接耦合进磁存储媒介。按照所关心信息改变或调制磁通的大小和(或)极性给磁存储媒介中磁偶极子定向，从而记录该信息。其后，将各偶极子产生的磁通耦合到由磁芯确定的磁通路径，并通过恰当定位的绕组加以检测从而再现所述记录的信息。上述按照所关心信息调制的磁通被称为“信息磁通”。
在常规的磁换能器中，存储媒介与换能器间信息磁通的耦合出现在换能器的整个宽度上。在这里，换能器的“宽度”定义为与磁芯和媒介之间介面平行、并与环绕磁芯和横跨间隙的磁通方向正交的尺寸。在存储媒介上记录时变信息时，存储媒介与换能器彼此相对运动。以各种不同方式实现上述相对运动就导致若干不同的记录格式。在一种格式中，象磁带那样的存储媒介沿着与换能器宽度垂直的纵向通过换能器。在该格式中，信息记录在磁带一条沿磁带长度方向延伸的磁迹上。
为了努力加大磁带上记录信息数量，已知用机械方法使换能器对磁带作高速相对运动，使其间隙横扫磁带的宽度。在用这种方式记录信息的设备中，换能器的宽度比磁带的要小得多，并且，换能器以与磁带移动的纵向相垂直的方向横扫磁带。
例如，在某些换能装置中，换能器安装在一个环绕一般与磁带传输方向平行的轴旋转的磁鼓上。由于该动作的结果，换能器规定了基本上垂直于磁带纵向尺寸的磁道。换能器以这种方式反复扫描，加上磁带的纵向传输，就产生了跨越磁带宽度延伸并沿磁带长度依次间隔开的离散平行磁道。
尽管换能器的横向扫描大大地增加了存储在磁带上的信息量，但显然磁带和换能器之间的接触，加上换能器的高的相对速度，却也增大了磁带和换能器所受的磨损量。为了努力把这种磨损减到最小，已经开发出各种固态扫描换能器。代替换能器的机械动作，固态换能器利用磁学方法和(或)电子的方法有选择地控制换能器上在换能器和媒介之间传递信息磁通的有限部分的位置。在某些已知的装置中，通过有选择地使换能器的一些部分饱和而又使邻近部分保持不饱和状态的控制磁通来限定该有限部分。信息磁通仅在换能器的不饱和部分流动，因而将其限于有限区。在本发明的上下文中，将藉以使磁通在换能器和记录装置之间进行耦合的换能器的上述有限区称为“信号传递区”。通过改变控制磁通，使已饱和部分的位置沿换能器宽度变化，该信号传递区便横扫换能器。例如，在美国专利第3，391，254号、第3，435，440号、第3，555，204号和第4，322，763号公开了用这种方法操作的不同类型的固态扫描换能器。
如列举的这些专利所说明的，可用不同方法来使用控制磁通，以实现信号传递区的扫描。在另一种类型的固态扫描换能器中，与列举的这些专利中所述的那些不同，信号转换区限定与磁芯本身明显不同的材料的无隙导磁体中。本发明与上述后一种类型的换能器有关。在这种特殊类型的固态扫描换能器中，磁芯中形成的控制磁通由非磁性间隙耦合到磁性接近记录媒介和磁芯的有关差别的磁性材料本体这种材料的本体跨接磁芯的间隙，本文将其称为“衔铁”。该衔铁为通过其非磁性间隙离开磁芯的磁通定义一个路径。为实现信号转移区的扫描，该控制磁通是沿该间隙宽度方向上的梯度而产生的。在磁通密度较高的位置上，控制磁通足以有选择在使衔铁材料部分饱和。衔铁材料的有选择的饱和有效地限制了在换能器和衔铁本体之间信息磁通流动的区域。
为在这种类型的换能器中实现信息的记录，在衔铁内流通的信号磁通从衔铁表面耦合到磁记录媒介上。在信息再现期间，只有从记录媒介发散并进入衔铁信号转换区规定的磁通才被信号绕组检测出来。
因此，在任何一瞬间，在换能器和宽度上只有一个有限部分用于信息的记录或再现，而不是其整个宽度都用来记录和(或)再现信息。通过沿换能器的宽度变动控制磁通的梯度，衔铁信号传递区的位置就得以改变。用这种方法，用磁学方法或电子学方法沿换能器宽度方向扫描信息磁通在换能器和记录媒介之间进行耦合的位置，从而使非磁性间隙的不同位置对记录媒介进行信息传递。
在题为“磁换能方法及装置”国际专利申请(公开号WO 87/03729，
公开日期为1987年6月18日)中可发现有关这种类型换能器的进一步信息，其公开的内容在本文中结合作为参考文献。这种类型的磁换能装置在使用固态扫描换能器时具有很多优点，最好是在该装置基础上加以改进。一方面，最好提供一种不依赖磁饱和的固态扫描换能器来实现对信息磁通藉以流动的信号传递区的扫描。不利用磁饱和的扫描换能器可以低磁通情况下操作，因此可减少换能器的功率要求。此外，利用较低磁通量来限定信号传递区，可增大换能器的灵敏度，鉴于存在较小似然性使低电平和短波长信号信号有可被产生饱和需要的高的控制磁通所干扰或去磁。
另一方面，最好是为控制磁通和信息磁通提供分开的路径，最好以分开的结构使得这些磁通仅在衔铁的信号传递区域内路径交叉。通过使这两种类型的磁通保持彼此分开状态，可使两者间的干扰减至最小，因而进一步增大换能器的灵敏度。
按照本发明的一个方面，固态扫描换能器包括一个磁芯和一个衔铁材料本体，在该本体中信号传递区是由一个与低磁通量区邻接的高磁通量区限定的，而高通量区可以是饱和的也可以是不饱和的。控制磁通源耦合到衔铁上，引导控制磁通沿相反方向流径衔铁。把控制磁通耦合到衔铁使得在衔铁的某些区，例如在磁芯宽度方向的两端相反方向的磁通互不影响，因此各方向的磁通量比较高。而且，在其中间区，该反向流通的磁通彼此影响并引起相互抵消，结果形成比较低的磁通量。在该区中确定了一个空区(null zone)。在该空区中，控制磁通显著少于衔铁中反向流通的控制磁通彼此不影响的各区。结果，空区中的控制磁通对从邻近磁存储媒介发散出的信息磁通的变化敏感，因此，规定该空区为信号传递区。通过改变反向流动的控制磁通的相对比例，就可以使空区位置沿磁换能器宽度方向变化，因而移动或扫描信号传递区。
按照本发明的另一特征，从磁存储媒介耦合到衔铁的信号传递区中的信息磁通并不象现行常规环形磁头那样被耦合到磁芯。相反地，该磁通对连接磁芯和衔铁而产生的基准磁通进行调制。该调制在与铁心关连的信号绕组中产生表示已记录信息的一种时变电压信号。在本发明一个最佳实施例中，通过从一种具有难磁化轴和通常正交的易磁化轴的磁各向异性材料构成衔铁本体使基准磁通调制变得更为方便。在本发明再一个最佳实施例中，调制的基准磁通包含确定信号传递区的控制磁能。由磁芯感生该基准磁通并将其从磁芯耦合到衔铁本体。衔铁本体对磁芯间隙如此定向，使得衔铁本体中的基准磁通基本上沿难磁化轴向流动。此外，使衔铁本体相对于记录媒介定向得使从磁存储媒介耦合到衔铁的信息磁通基本上沿易磁化轴向流动。沿易磁化轴流动的这种信息磁通在衔铁材料中引起沿其难磁化轴的磁导率方面的变化。磁导率方面的所述变化在衔铁材料的磁阻方面产生一种相应变化，结果形成沿难磁化轴流动的基准磁通的变化。在与基准磁通磁耦合的信号绕组或类似装置中检出这种磁通变化，从而再现磁记录的信息。
本发明的其他特征，以及由此提供的优点，参照附图中所示的最佳实施例在下文将更详细地加以说明。
图1是按照本发明构造和操作的磁换能装置的透视图，图2是说明图1的换能装置的视图，它说明了将控制磁通耦合到换能器以形成用以在换能器和记录媒介间传递信息磁通的空区的方式，图2A是图2换能装置衔铁20表面的垂直剖视图，说明衔铁中控制磁通流动，图3和4A-4D是衔铁的正视和侧视图，说明图1的换能装置沿换能器宽度方向扫描空区的方式，图5A和5B是类似于图4B-D的图，说明控制磁通的大小对于信号传递区宽度的影响，图6是说明在磁性材料中难和易磁化轴的总示意图，图7-9是说明易磁化轴磁通对于难磁化轴的磁导率效应的B-H曲线图，图10是说明图1的换能装置中磁带磁通与衔铁磁化轴关系的透视图，图11是说明记录在记录媒介上的信号和从记录在媒介中的信号再现信号的关系曲线图，图12是说明沿图1换能装置中衔铁的易磁化轴耦合的偏置磁通效应的B-H曲线图，图13是说明当使用如图12所示偏置磁通时、已记录信号和根据已记录信息再现信号的关系曲线图，图14是在磁换能装置的另一个实施例中沿换能器宽度方向扫描空区的透视图，图15和16是进一步说明图14的实施例中基准磁通沿换能器宽度方向确定空区的位置的方式的图，图17A和17B是说明具有不同记录信息格式的磁迹的部分磁带记录媒介的图，图18A和18B是按照本发明用于记录信息的换能装置的侧视图，以及图19是说明图18A和18B的换能装置处于记录模式动行状态时换能装置中衔铁的正视图。
为了便于理解本发明及其操作原理，首先提到在图1中总体示出的换能装置的实施例。安排该图示实施例再现存储在记录媒介(例如磁带)横向磁迹中的信息。该信息可通过常规的机构扫描磁头或通过固态扫描磁头记录在磁带上。但显然本发明的原理并不局限于所示的实施例。相反地，它们可适用于各种不同的存储媒介和记录格式。
参照图1，结合本发明原理的换能装置的所示实施例包括由两个极靴12和14组成的磁芯10。该磁芯10限定了磁通量16的流动路径。在两极靴之间、换能器的正面形成一非磁性间隙18。如图1所示，间隙18可包含两极靴之间的一个实际间隙，若要求的话，可用任何适宜的例如象玻璃那样的非性材料填充该间隙，以便增加强度和整个铁芯结构的完整性。按照众所周知的磁学原理，该非磁性间隙导致磁通16从磁芯间隙位置处向外流散。为了便于磁芯的制作，也可在磁芯的背面极靴之间形成样的的间隙19。
该换能装置还包括一个磁性材料20的本体，该本体被安置在与前间隙18磁接近的磁芯表面。该磁性材料20的本体跨接磁芯中的间隙18，并为耦合来自磁芯的磁通22形成一条路径。该材料20的本体被称之为“衔铁”。可将衔铁20与极靴12和14直接接触。例如，可借助任何适宜的淀积技术将其形成的极靴上。用另一种方法，可借助于诸如玻璃或空气隙一类的非磁性材料的薄层使其与铁芯隔开。在这种情况下，最好将间隔的厚度和区域加工成一定尺寸以便它对磁通量呈现出比间隙18更小的磁阻。
一种象磁带24那样的磁记录媒介在磁芯10的对侧靠近衔铁20处通过。磁带24包含以具有特殊定向的磁性状态形式的磁记录信息。为了说明起见，图1中示出单一磁性状态26。在运行中，将信息磁通从磁带耦合到衔铁20中。
在象以上指出的公开的国际专利申请那样、包含一衔铁的换能器实施例中，来自磁带的信息磁通以从间隙18的一侧上的衔铁开始的连续路径环绕磁芯10流动并返回到在间隙18的另一侧上的衔铁，然后返回到磁带。当该磁通环绕磁芯流过时以常规方式被传感，以便再现记录的信息。然后，在本发明的换能器中，来自磁带24的信息磁通并不流经磁芯10。相反地，衔铁20与磁带24为信息磁通量形成一闭合的环形路径。在衔铁20之内，来自磁带的信息磁通方向横切从铁芯10耦合到衔铁20的磁通16的方向。最好，这两路磁通量沿正交路径通过衔铁20。
如在下文更详细地加以说明的，经过衔铁20的信息磁通量改变了衔铁的磁阻并使流进磁芯10的磁通16大小被调制。借助环绕会被已调制磁通连接的磁芯10而缠绕的信号绕组30传感对磁通16大小的这种调制。作为在铁芯10的磁通16中变化的结果，在绕组30中感生一种变化的电流或电压，并将这电压或电流耦合到一个适当的前置放大器32或类似物和关联的处理电路系统(未示出)，以便检索从记录媒介再现的信息供设备使用。另一种方法是可用任何其他适当设备来感测由衔铁20中信息磁通量引起的磁通16方面的变化，所述设备是装入磁芯10的结构之内(例如，在背面间隙19中)，诸如霍尔效应装置或磁致电阻元件之类响应磁通量变化的装置。
按照本发明的一个方面，将换能装置构造成可有选择地对沿间隙18的宽度尺寸W、在预定位置流动的信息信息磁通敏感，而对间隙上其他位置的信息信息磁通不敏感。该结果是借助于控制磁芯36来实现的，该控制磁芯36在换能装置中产生一种控制磁通34，使其流过衔铁20。参照图2再对本发明该方面作进一步介绍。
控制磁芯36有座落在间隙18的同一侧并在磁芯10的宽度方向W上彼此隔开的两个极靴37、39。由磁芯36产生的控制磁通34，如图2所示，沿着由磁芯和衔铁20所形成的复合路径流过。部分磁通沿第一路径A直接从一极37经由衔铁20流向另一极39。沿该路径的磁通按平行于间隙18的方向流动，并不横过贴近磁芯间隙18的位置。磁通的另一分量按照衔铁20中的路径B，该路径横过间隙18的位置。取决于其与极37与39相应的位置，在路径B的控制磁通按不同方向并以不同大小流过间隙18。在图的右上方转角最靠近极37示出的衔铁部分中，控制磁通从左流向右跨越间隙18的区域，如由标记“路径1”的箭头所示。在图的左下方转角最接近极39的衔铁20部分中，控制磁通跨越靠近间隙18的位置按从右至左的方向流过，如由标记“路径2”的箭头所示。在衔铁20相对于换能器宽度尺寸W的极端处，控制磁通的数值达最高水平。在贴近间隙18位置的衔铁20中这些较高磁通量区，图中用画影线区域41加以表示。在衔铁两极端之间的中央，两相反取向的磁通量相互干扰亦即抵消，从而形成一空区42，该空区的特征在于控制磁通量的数值比较低。
这个概念在图2A中进一步加以举例说明，图2A是衔铁20表面的垂直剖视图。在该图中，衔铁区域中磁力线的密度表现出流过该区域中磁通的数值。因而，在衔铁上和下端流过两各自相反方向的磁通数值为其最大值。在这些区域中，一个方向的磁通不受另一方向磁通的影响。然而，随着进向衔铁的中央，一个方向的磁通量在越来越大的程度上受到另一方向磁通量的影响，因此，最后磁通值即作为结果产生的磁通越来越小。在衔铁20的中央，朝两个方向的磁通数值相等使得它们相互抵消从而净磁通量为零。于是，净控制磁通的数值从衔铁宽度的这一头到那一头具有一种梯度。
再次参照图2，在空区中，换能装置对从磁带24发散的信息磁通是敏感的。更具体地说，在衔铁20的空区内的信息磁通量调制在该区中较少的控制磁通量数值的大小。控制磁通大小方面的变化归因于由信号绕组30检出的该区内流动的信息磁通。然而，在空区42以外的区域中，控制磁通34至少在数量上与从磁带24发散的磁通相等，并能大得多。结果，来自磁带24的信息磁通方面的变化并不同量地影响控制磁通，而且是不容易检测到的，因此，空区42确定了一个信号传递区，通过该区从磁带接收信息。
在许多场合，将信息用磁力存储在磁带记录媒介的磁迹中，使这些磁迹以通常与相对于换能器传输磁带方向横切的方向定向。参照图3，以不同取向的垂直磁状态列26示出这些磁道，可用机械或固态扫描换能器进行记录。在图3示出装置的情况下，其中，空区42大致位于沿换能器宽度尺寸W的中间，只有在垂直延展磁道的中央44处的磁状态可被检出。由于空区42所限定的信号传递区外面有较大强度的控制磁通34，因而换能器检测不到在每一磁迹其他位置的磁状态。这样，通过用控制磁通限定空区，可使得换能器再现来自存储媒介选定区段的信息。
按本发明的其它方面，可沿间隙宽度方向扫描信号传递区。再次参照图1和2，在图示实施例中，用产生扫描磁通48的扫描磁芯46执行信号传递区的这种扫描。针对磁芯10来安置扫描磁芯46使扫描磁通48象控制磁通34那样以横切间隙18宽度方向从衔铁20本体的这一端流到另一端。然而，和控制磁通34不同，把扫描磁芯46放在适当位置以便全部扫描磁通48以同一方向跨越流过间隙18。例如，通过把扫描铁心46的两极置于间隙18的相对两侧，就可达到这种结果。
在图4A-4D中更详细地说明该扫描磁通的作用。图4a是衔铁20表面的平面图，图中以虚线说明控制磁通的两个路径A和B，并以实线说明扫描磁通的路径C。图4B-4D是衔铁20和磁芯10的侧视图，以叠加于其上的线49表示磁场梯度的曲线。磁场梯度是扫描和控制磁通34和48组合的最后结果，在三个图中分别示出扫描磁通48的三种不同情况。在这些曲线中，合成磁场梯度的正值表示在图4A中从上到下(图2中从左至右)方向沿换能器长度尺寸L的最后磁通量，而合成磁场梯度的负值表示朝相反方向的最后磁通量。对于图4B中示出的特定情况来说，不存在来自磁芯46的扫描磁通，而由控制磁芯34产生的大致等量的控制磁通，如根据图2A所描述的朝相反方向流过间隙18。结果，使信号传递区42大致位于换能器宽度W的中央。然而，当由磁芯46产生的扫描磁通48按图4A中从上至下方向流过时，用代数方法被加到控制磁通34上，如图4c中所示。结果，图4A中从上至下流过间隙的最后磁通，即组合的控制和扫描磁通大于从下到上的最后磁通值。由于相反方向磁通量有关数值引起的这种变化，信号传递区移向左面，即朝向较少磁通的方向。通过增大从上到下扫描磁通量的数值，可使信号传递区进一步左移。相反，通过改变扫描磁通48的极性和(或)大小，如图4D中所描绘的，可使信号传递区移向右面。通过控制加给扫描磁芯46的绕组50的电流大小和极性可获得前述最后的磁通量，它依次确定沿间隙18宽度W信号传递区42的位置。通过把双极三角形成锯齿波形加给绕组50，如图1和2中示意性地表示的，以沿衔铁20的宽度W方向周期性地扫描信号传递区42。通过用这种方式扫描信号传递区，在沿磁带24上横向或垂直地定向磁道25设置的有关磁状态26定向方面的变化，如图3中所示，可单独地得到检测，由此再现记录在磁带上的信号。
可通过改变控制磁芯36产生的控制磁通34的大小来控制空区42的宽度。在图5A和5B中将进一步说明这个原理。例如，部分衔铁20其中控制磁通的大小P小于基准值P来确定空区或信号传递区42。一般说来，值P大约等于从磁带或其他记录媒介耦合到衔铁的磁通大小。在控制磁通的大于该值的场合，衔铁的磁阻将不会受到来自磁带磁通的影响，也说是将由较大数量的控制磁通有效地干扰掉磁带磁通的效应。然而，在控制磁通的大小约等于或小于耦合的磁带磁通的空区42，由于磁带磁通会影响换能器中控制磁通路径的磁阻，故而由换能器可检测到该磁带磁通，其中可检测到砂带磁通的这种区域规定为信号传递区。
由图5A中线52表示的基准值P的大小和控制磁通梯度的陡度确定空区42的宽度X。控制磁通梯度的陡度受控于由控制磁芯36产生的控制磁通量。例如，通过减少控制磁通34的数量，将如图5B中所示使梯度曲线52“变平”。结果，衔铁区域中控制磁通量少于基准值P时，将沿衔铁宽度W的较大部分延展，结果形成一个较宽的空区42。在要求记录具有长波长信息灵敏度的情况下，可能特别希望有这种结果。换句话说，通过减少控制磁通量可以增加换能装置对长波长信号的灵敏度。
相反地，通过增加控制磁通量可减小空区42的宽度X。在将高存储密度应用于信息记录的场合，这种方法可能是合乎要求的。在这种场合下，在衔铁靠近前间隙18的外侧边缘区，该控制磁通可能高到足以使该区饱和。衔铁的边缘是否已被饱和对本发明的操作并不重要。无论如何，因为信号传递区是由低控制磁通位置限定而不取决于饱和。
参照图6-9说明来自记录媒介24中磁状态26的信息磁通28影响控制磁通的路径磁阻的方法。在本发明的一个最佳实施例中，用磁各向异性材料构成衔铁20。磁各向异性(magnetic anisotropy)是一个专业术语，该术语用于描述呈现最佳磁化方向的磁性材料。参照图6，磁各向异性材料的最佳磁化方向称为易磁化轴E，而将非最佳方向标记为难磁化轴F。一般，该两轴是相互正交定向的。
参照图7，当沿易磁化轴无磁通流过时，如图7的B-H曲线中实线54所表示，难磁化轴的特征是磁导率比较高。然而，当磁通沿易磁化轴流过时，就改变难磁化轴的磁导率，如图8中由相对于原虚线曲线54的实线56所示。尤其是，难磁化轴的磁导率随沿易磁化轴的磁通量(与磁通量方向无关)而减小。图9中示出不同易磁化轴磁通量大小的各种不同难磁化轴磁导率的实例。
参照图10，按照本发明的一个方面，将衔铁20安排成使其难磁化轴F基本上沿磁通16流过磁芯并跨越间隙18的流向定向，而使易磁化轴E以从磁带耦合进衔铁20的信息磁通28的流向定向。这样，离散磁状态26贴近衔铁20中空区的每一时刻，来自该状态的信息磁通28降低了衔铁难磁化轴磁导率。改变磁导率的频率是扫描速率和所记录信息波长的函数。由于衔铁跨接磁芯10中的前间隙18，难磁化轴磁导率的磁阻在空区42的前间隙磁阻中也产生变化。按照在衔铁难磁化轴中由从磁带耦合进衔铁磁通所产生的变化，上述磁阻变化调制衔铁和磁芯间的磁通16。由信号绕组30传感磁通16的这种调制，并在前置放大器32中加以放大。
在本发明的上下文中，把磁芯10与衔铁20之间的、沿易磁化轴流过的信息磁通加以调制的磁通16称之为“基准磁通”。在本发明的最佳实施例中，基准磁通16是流在信号传递区中控制磁通34的部分。如前所述，在信号传递区内，控制磁通34有低的密度。因此，在信号传递区内衔铁的磁导率随沿易磁化轴流过磁通而经受的变化大于信号传递区外区域中的变化。然而，必要时，该基准磁通可由分开的源产生。
应当指出，衔铁材料为使从磁带耦合的信息磁通影响从磁芯横向流过磁通的路径磁阻用不着是各向异性的。然而，在各向异性材料中这些影响得以非常充分地表示，由于这个缘故，所以在本发明的实现中最好使用各向异性材料。为了得到最佳结果，选择作衔铁的材料在易磁化轴磁化方向上应当有比较小的矫顽力。易磁化轴矫顽性越小，相对于沿易磁化轴给定磁通量的难磁化轴磁导率中的移位越大。结果，基准磁通的调制更大，由此增大在记录信息检测方面的灵敏度。对于衔铁特别适合的材料是诸如有关非晶材料＃2714和钴锆铌合金之类的非晶材料。最好是上述后一种材料，因为就物理意义上讲它很硬，因而耐磨损，而且它很容易溅射。
在实用基础上尽量把衔铁20做得薄些还可增大换能器的灵敏度。随着衔铁厚度减小，对于某一给定信息磁通量来说难磁化轴磁导率方面发生更大的移位。另外，薄衔铁较少导致涡流的产生。最好，衔铁厚度在约1微米至约3微米范围之内。
如前所述，易磁化轴磁通的效应在所记录磁化的正式或负极性方面是单向的，当加到易磁化轴时，都含降低难磁化轴磁导率。作为这种现象的结果，在磁带24上磁状态每次变化就调制流到磁芯10和衔铁20中的基准磁通。参照图11，衔铁磁导率变化引起绕组50产生的输出信号51，对记录信息47每一周期两次从0变到最大值。因此，输出信号的频率是记录磁化频率的两倍。
如想获得难磁化轴磁导率的双向摆动，可将偏置磁通沿衔铁易磁化轴(即，以横过沿难磁化轴流过的控制和基准磁通方向的方向)加到衔铁。参照图12，由一永久磁铁21感生的轻微偏置磁通23，例如，在无信息磁通从磁带耦合到衔铁的情况下，使衔铁20的磁导率从虚线曲线54减小这实线曲线53。当呈现来自磁带的磁通时，它将与所述偏置磁通结合使磁导率移开实线曲线53。与偏置磁通23相同方向的信息磁通将加到其上以进一步减小磁导率，如虚线曲线55所示，相反地，相反方向的磁通将抵消该偏置磁通23并使磁导率移位到其原始位置，高于曲线54所表示的值。在这种配置情况下，输出信号51的频率将如图13所示的原来记录信息信号47的频率相同。
图14-16中示出用以产生横过衔铁宽度的控制磁通梯度的另一实施例。参照图14，磁芯由一对前磁芯57、58和一对后磁芯59、60组成。两个前磁芯中每一个为楔形，其方向为与换能器宽度W相对的方向。在两前磁芯之间限定一间隙62。衔铁64覆盖两前磁芯并跨接间隙62。衔铁64的形状与两前铁的组合形状相称。信号绕组66安置在间隙62中。
后磁芯59和60有相应的环绕它们而设置的控制绕组68和70。这些后磁芯产生以横过间隙62的方向流经前磁芯57、58和衔铁64的控制磁通，类似于图1、2和10实施例中的控制磁通34。
楔形前磁芯57和58和后磁芯产生的控制磁通成相对取向的磁阻梯度。左前磁芯57呈现如图14所示换能器从上到下方向增大的磁阻梯度。相反地，右前磁芯58的磁阻从下到上增大。
图15和16中示出这些磁阻梯度的效应。图15说明如果仅右后磁芯60的控制绕组70中馈给电流时会产生的控制磁通72。部分控制磁通将遵循路径A，该部分控制磁通不横过贴近前磁芯间隙62的区域。另一部分控制磁通72遵循路径B，在该路径中它从右至左横过贴近间隙的部位，然后沿路径C返回磁芯，在该路径中，它再次横过贴近间隙的部位，但以从左至右的方向。由于前磁芯58从下到上增大的磁阻梯度，从右至左比相反方向有更多磁通量流过间隙。结果，使在两相反方向的磁通相互抵消的区域中形成的空区74位于更靠近换能器顶部之处。
由于楔形左前磁芯57是以与左前磁芯相反方向定向的，由左后铁心59产生并流在该前磁芯中的控制磁通76具有相反的效应。更具体地说，参照图16，当相等电流流过控制绕组68和70中时，朝相反方向横过间隙62的磁通量将大致相等，因此，空区74会大致位于换能器宽度尺寸W的中央处。如果加大一个控制绕组中的电流值，和(或)减小另一控制绕组中的电流，空区74的位置将朝具有较大电流数值绕组所确定方向移位。这样，如果右控制绕组70加大电流而左控制绕组减小电流时，参照图16中所示空区将向上移。随着加大两绕组间的电流差值，空区74将位于靠近换能器下部的边缘。
再次参照图10，应该注意记录在磁带上各自的磁状态与衔铁20的易磁化轴具有相同朝向。明确地，在图10所绘的实施例中，易磁化轴朝换能器宽度尺寸W的方向延伸，而换能器已定向，以致易磁化轴与记录在磁性媒介中的磁状态26同向，使得从磁带24耦合到衔铁20的磁通28以该方向流经衔铁20。因此，换能器对以信号传递区42的扫描方向流过的信息磁通敏感。一般，当按扫描方向定向磁状态时，记录媒介(例如磁带)被指定为是“纵向磁化”。
尽管图10所示实施例具体适合于再现已按该格式记录的信息，但并不限于此。参照图17A和17B，图中分别示出有两横向定向的磁迹80和82的磁带部分。在图17B所示磁带中，通过纵向磁化把信息存储在磁道80中，由于按磁道宽度方向定向磁状态。相反，在图17A中，通过横向磁化把信息存储在磁带的磁迹82中。换句话说，各单独的磁状态是水平地定向的，对磁道宽度方向为横向。
对于按图17A的横向格式记录的信息来说，显然，当磁道直接与换能器的间隙18对准时，来自记录磁状态的信息磁通将朝沿衔铁难磁化轴方向流经衔铁20，而不是沿其易磁化轴的方向。象这样，在磁迹的间隙对准的同时，能可靠地检测到的基准磁通的调制可能会太小。然而，在磁迹周边有包含垂直方向分量的磁通量。更准确地说，如图17A中由虚线83所示，贴近按相反方向定向的记录双极，如虚线所示在它们之间形成的磁通量。当所述磁通量与换能器的间隙18对准时，本发明的换能器结构可检出这些磁通量的垂直分量。另句话说，为再现如在磁迹82中用横向磁化记录的信息，在对磁迹的边缘而不是磁迹的中央进行磁带的实际扫描时与换能器的前间隙18对齐。这样，就可用本发明的换能装置再现诸如由许多常规的、机械扫描记录机构提供的或为纵向磁化或为横向磁化记录的信息。
用本发明的换能装置可把信息记录在磁带上以及从其再现。在进行记录时，衔铁材料的磁各向异性在被用以在换能器和记录媒介间起信息传递作用。当然，其主要差异在于将信息磁通从衔铁耦合到记录媒介，而不是如再现信息时以相反方向进行。为提供这种磁通量，将信息磁通源耦合到换能装置。最好把信息磁通耦合使其沿衔铁的易磁化轴流动。
参照图18A和18B，示出两种可选择的用以产生信息磁通的结构。如图18A所示，可环绕换能器的主磁芯10设置带有一关联信号绕组86的信号磁芯84。该信号磁芯的两极88、90沿换能器宽度尺寸W方向被隔开，由此产生流经衔铁20沿其易磁化轴(即在所示出实施例中垂直方向)的磁通92。
如图18B中所示，可将信号磁芯94置于离开主磁芯10的磁带24的旁边，而不是将其环绕磁芯10设置。该磁芯的磁极也沿换能器宽度尺寸方向被隔开，以产生流经衔铁沿其易磁化(垂直)轴的磁通。由于该信号磁芯有较小的尺寸，也不太可能影响扫描磁芯的位置，所以可能这种可选结构更为理想。
参照图19最佳说明了在记录模式中换能器的操作方法，该图示出用于图18A和18B所示实施例衔铁20的表面。为便于说明起见，将信号磁芯84按照设置于磁芯和衔铁旁边加以示出。如前所述，来自控制铁心的控制磁通34朝两个相反方向横过衔铁，从而形成一低磁通量的信号传递区42。该控制磁通沿衔铁的难磁化轴流动。来自信号磁芯84的信息磁通92沿衔铁的易磁化轴流动。在空区42外衔铁区域中，控制磁通在数量上大于空区内的信息磁通量。结果，信息磁通量对衔铁材料的的磁导率有很小或无影响。然而，在空区42内该控制磁通十分小，相应地沿易磁化轴流动的信息磁通92在材料的磁导率方面有更为显著的作用。特别是使空区42内的磁导率降低到某些信息磁通96从衔铁散射到贴近记录装置24的范围，从而在媒介中使磁状态定向并由此存储信息。
这样，通过对与控制磁通相对的信息大小的适当控制，就形成使信息磁通从衔铁散射并磁耦合到记录媒介的小磁导率信号传递区。另外，可沿换能器宽度扫描信息传递区的位置，例如，借助如前所述的一个扫描磁芯，由此把信息记录在横过记录媒介宽度的不同位置上。
显然，在不脱离本发明精神或重要特征前提下，熟悉本技术领域的人士可按其他特定形式来实施本发明。因此，现行公开了的各实施例在各方面都是举例说明性而并非限制性的。本发明的范围由权利要求书而不是前面的说明书指定，旨在其等价的意义和范围之内的所有变化都包括在其中。
权利要求
1.一种用以再现包含在从磁记录媒介耦合到换能装置的信息磁通形式中的磁记录信息的磁换能装置，它包含一个包括其间具有非磁性间隙的两磁极的磁芯，一个位于磁接近所述记录媒介和所述间隙中每一个的磁性材料本体，所述磁芯和磁性材料本体共同规定一磁通量路径，用以产生流经所述磁性材料本体中所述磁通路径的控制磁通的装置，所述控制磁通在邻近所述间隙的所述本体中规定一个具有比较小控制磁通量的第一区，并在邻近所述间隙的所述本体中至少规定一个具有较大控制磁通数量的区，在所述本体中确定的第一区耦合在所述记录媒介和所述本体之间的信息磁通，以及用以检测由从所述记录媒介耦合到所述本体的所述第一区信息磁通引起所述磁通路径中磁阻变化的装置。
2.权利要求1的换能装置，其特征在于在所述本体中确定所述第一区以与所述记录媒介形成一闭合环形磁通路径，用以耦合所述记录媒介和所述本体间的信息磁通而不流经所述磁芯。
3.权利要求1和4的换能装置，其特征在于另外而包括用以调整所述控制磁通以便沿所述间隙方向改变所述第一区位置的装置。
4.一种对记录媒介用以传递磁确定信息的磁换能装置，它包含一个包括其间具有非磁性间隙的两磁极的磁芯，一个具有可变磁导率并磁邻近所述间隙而安置的磁性材料本体，所述磁芯和磁性材料本体共同确定一磁通路径，以及用以产生在所述磁性材料本体中以所述磁通路径流动的控制磁通的装置，所述控制磁通在所述本体中规定一个较小磁通量的第一区和在较在磁通量所述本体中至少另一个区。
5.权利要求4的磁换能器，其特征在于磁性材料本体是由具有限定可变磁导率的一易磁化轴和一难磁化轴的材料构成的，所述轴之一以对应于两磁极分开方向的方向定向，而所述磁通路径按所述一轴的方向延展。
6.权利要求19的换能装置，其特征在于使所述基准磁通在所述本体中以横过流经所述本体的所述信息磁通流向的方向流动。
7.权利要求6的换能装置，其特征在于所述基准磁通和所述信息磁通按基本上垂直的方向流经所述本体。
8.权利要求19的换能装置，其特征在于所述基准磁通由所述控制磁通发生装置产生，并在所述本体的所述第一区中流动。
9.权利要求19的换能装置，其特征在于所述本体是由有比较高磁导率的具有一易磁化轴和一难磁化轴磁性材料所构成，所述基准磁通在所述本体中基本上沿所述难轴化轴流动。
10.权利要求9的换能装置，其特征在于相对于所述记录媒介设置磁性材料的所述本体，使得以所述记录媒介耦合到所述本体的所述第一区的信息磁通按基本上沿所述易磁化轴的方向流动。
11.权利要求1的换能装置，其特征在于所述本体的所述第一区是由邻近所述间隙的所述本体区域组成的，在所述第一区中所述控制磁通的大小约等于或小于从所述记录媒介耦合的信息磁通大小，而所述第二区也是由所述本体的区域组成的，其中所述控制磁通的大小大于从所述记录媒介耦合的信息磁通。
12.权利要求14的换能装置，其特征在于所述本体在其第一和第二部分之间有一区域，在该区域中控制磁通量朝相反方向相互抵消从而形成一低磁通区，以确定具有比较小控制磁通的所述本体的所述第一区。
13.权利要求12的换能装置，其特征在于至少在所述低磁通区的一部分所述控制磁通不以所述两个方向的任一方向流动。
14.权利要求3的磁换能装置，其特征在于所述用以产生控制磁通的装置包括具有一对与所述本体磁性耦合产生磁通的磁极的控制铁心，所述磁通在所述本体第一部分中以横过所述间隙的第一方向流过较磁通量，以及在所述本体第二部分中以较高以与第一方向相反并横过所述间隙的第二方向流过较多磁通量，使得所述本体具有比较低磁通量的所述第一区位于所述第一和第二部分之间。
15.权利要求14的磁换能装置，其特征在于所述间隙的宽度尺寸正交于在所述本体的所述第一和第二部分中所述磁通路径，而所述控制磁芯的磁极则按平行于所述间隙宽度尺寸的方向彼此隔开。
16.权利要求14的磁换能装置，其特征在于所述控制磁通调整装置包括一个具有一对磁极的扫描磁芯，所述磁极磁耦合以产生在所述本体中仅以横过所述间隙的所述相反方向之一流动的磁通，以及用以至少改变由所述扫描磁芯产生磁通的大小和极性之一的装置。
17.权利要求16的磁换能装置，其特征在于所述扫描磁芯的磁极各由位于所述间隙的相对两侧。
18.权利要求1或4的磁换能装置，其特征在于另外还包括一个与所述磁通路径电磁耦合以检测所述磁通路径磁阻变化的信息绕组。
19.权利要求18的磁换能装置，另外还包括用以产生沿所述本体中所述磁通路径和所述难磁化轴流过的基准磁通的装置，其特征在于所述信号绕组进行电磁耦合以检测由所述磁通路径磁阻变化所感生的所述基准磁通中变化。
20.权利要求5的磁换能装置，其特征在于另外还包括一个用以产生沿所述磁性材料本体中所述易磁化轴流动的磁通的信号磁芯。
全文摘要
磁换能装置包括具有一间隙的磁芯和磁各向异性材料的本体，在该本体中规定一信号传递区。控制磁通横过磁芯间隙并以两相反方向流经本体。通过改变相反方向的控制磁通的相对比例，可沿磁换能器宽度方向改变空区的位置从而扫描信号传递区。从磁存储媒介耦合到本体的空区中的磁通用于调制一偏置磁通，并检测该调制以再现该记录信息。在记录模式中，信息磁通减小信号传递区的磁导率，使该磁通从本体散射并被耦合到存储媒介。
文档编号G11B5/39GK1052388SQ9010996
公开日1991年6月19日 申请日期1990年12月8日 优先权日1989年12月8日
发明者贝弗利·R·古奇 申请人:安佩克斯公司