專利名稱：用于檢測自由下落并執(zhí)行緊急停放的硬盤驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及一種硬盤驅(qū)動器(HDD)。特別地，本發(fā)明的實施例涉及一種用于檢測自由下落并響應(yīng)于自由下落的檢測而將讀/寫頭停放于安全位置的HDD。
背景技術(shù)：
硬盤驅(qū)動器(HDD)是一種通常在計算機中使用并且適于使用一個或多個讀/寫頭從旋轉(zhuǎn)的盤中讀取數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)寫入其中的信息存儲裝置。在HDD中，致動器移動讀/寫頭至盤上所需的位置，因而數(shù)據(jù)可以被寫入至盤上所標識的位置或從中讀取。在上述移動期間，讀/寫頭被保持在盤表面之上所定義的“飛行高度”。
然而，如果讀/寫頭沒有保持所定義的飛行高度并且與盤表面碰撞，則盤表面可能變?yōu)槭軗p并使得存儲在受損位置的數(shù)據(jù)不可讀。讀/寫頭與盤碰撞可能起因于施加到HDD的外部碰撞。由于HDD正在更為普遍地引入便攜式主機中，由于主機下落而引發(fā)的外部碰撞的風(fēng)險提高了。盡管由HDD提供了卓越的價格和存儲容量比，然而該“盤的碰撞”風(fēng)險影響了將HDD引入于新興的便攜式裝置中。然而，HDD在便攜式電子裝置中所提供的明顯的商業(yè)優(yōu)勢已經(jīng)導(dǎo)致正在進行更多的對具有1英寸或更小的微HDD的設(shè)計和使用的研究。
例如，US專利No.RE35629，其主題在此引入作為參考，公開了一種檢測HDD的自由下落狀態(tài)的方法(即其中HDD在重力作用下下落的條件)。這一傳統(tǒng)的方法使用MEMS(微電機系統(tǒng))加速度傳感器檢測自由下落狀態(tài)并且卸載讀/寫頭。在上下文中術(shù)語“卸載”表示一種操作，其中讀/寫頭被移入到安全的位置(即更好地免除于外部碰撞的不良影響的位置)。然而，這種傳統(tǒng)的途徑相關(guān)于MEMS加速度傳感器的引入向HDD設(shè)計增加了成本以及復(fù)雜性。進一步地，MEMS加速度傳感器的加入導(dǎo)致了意圖用于便攜式裝置例如移動電話、PDA等的很多微HDD設(shè)計的體積上不能接受的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種適于防止HDD內(nèi)的讀/寫頭或盤由于自由下落后的外部撞擊而損壞的硬盤驅(qū)動器(HDD)。這種能力提供了改進的撞擊抵抗力并使得HDD對于結(jié)合在各種便攜式或移動設(shè)備中成為更好的設(shè)計選擇。
本發(fā)明的實施例同樣提供了一種適于以高精度在各個方向檢測自由下落狀態(tài)的HDD。這種自由下落狀態(tài)檢測的結(jié)果是，HDD能夠更好地啟動讀/寫頭的緊急卸載/停放。
在一個實施例中，本發(fā)明提供一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括包括旋轉(zhuǎn)本體并適于旋轉(zhuǎn)盤的主軸馬達，適于將讀/寫頭移動到盤上所需位置的致動器，適于實時測量相對于旋轉(zhuǎn)本體的飛行高度的飛行高度傳感器，適于監(jiān)視所測量的飛行高度并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括適于旋轉(zhuǎn)盤的主軸馬達，適于將讀/寫頭在盤上移動的致動器，適于實時測量主軸馬達的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度傳感器，適于監(jiān)視所測量的旋轉(zhuǎn)速度并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號啟動卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括適于以所定義的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)盤的主軸馬達，適于使用向主軸馬達提供的驅(qū)動信號實時控制旋轉(zhuǎn)速度的反饋控制環(huán)路，適于在盤上移動讀/寫頭的致動器，適于監(jiān)視驅(qū)動信號并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括主軸馬達，包括旋轉(zhuǎn)本體和適于支承旋轉(zhuǎn)本體(rotary body)的靜止本體(static body)，其中主軸馬達適于旋轉(zhuǎn)盤；適于在盤上移動讀/寫頭的致動器；適于測量與旋轉(zhuǎn)本體關(guān)聯(lián)的靜止偏心距的靜止偏心距傳感器；適于監(jiān)視所測量的靜止偏心距(static eccentricity)并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器；以及適于響應(yīng)于自由下落信號初始化讀/寫頭的卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括適于旋轉(zhuǎn)具有目標道的盤的主軸馬達，適于圍繞樞軸移動讀/寫頭以在目標道上定位讀/寫頭的致動器，用于實時測量讀/寫頭的實際位置和目標道之間的位置誤差并進一步適于生成位置誤差信號的位置誤差傳感器，適于監(jiān)視位置誤差信號并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括適于旋轉(zhuǎn)盤的主軸馬達，適于向致動器提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率的音圈馬達(VCM)，其中致動器適于在盤上移動讀/寫頭，適于向VCM提供受控驅(qū)動信號以使得讀/寫頭跟蹤盤上的目標道的位置控制環(huán)路(loop)，適于實時監(jiān)視向VCM提供的受控驅(qū)動信號并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動卸載/停放操作的中央控制器。
在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種HDD，包括適于以根據(jù)反饋控制環(huán)路所提供的驅(qū)動信號實時控制的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)盤的主軸馬達，適于向在盤上移動讀/寫頭的致動器提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率的音圈馬達(VCM)，適于向VCM提供受控驅(qū)動信號以使得讀/寫頭跟蹤盤上的目標道的位置控制環(huán)路，適于實時監(jiān)視驅(qū)動信號和受控驅(qū)動信號并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器，以及適于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動卸載/停放操作的中央控制器。


本發(fā)明的實施例將參照相關(guān)附圖在此描述，其中同樣的附圖標記表示同樣或相似的部件。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬盤驅(qū)動器(HDD)的分解透視圖；圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的HDD的主軸馬達沿圖1中的線II-II得到的剖面圖；圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的HDD的主軸馬達沿圖1中的線II-II得到的剖面圖；
圖2C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1的HDD的主軸馬達沿圖1中的線II-II得到的剖面圖；圖3是圖2的永磁體和部分靜止本體的結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4顯示了作用于圖2的主軸馬達中的靜止本體和旋轉(zhuǎn)本體的力以及力矩；圖5和6分別顯示了主軸馬達的軸頸軸承和推力軸承的壓力分布；圖7顯示了主軸馬達中的永磁體和靜止本體的磁通分布；圖8顯示了輸入主軸馬達的驅(qū)動信號的示例；圖9是主軸馬達中的旋轉(zhuǎn)本體的矩心和重心路徑的曲線圖；圖10到14顯示了有限元分析的數(shù)值積分的結(jié)果；圖15顯示了主軸馬達100可能下落的典型方向；圖16A到16C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在飛行高度上的變化；圖17A到17C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在旋轉(zhuǎn)速度上的變化；圖18A到18C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在用于主軸馬達的驅(qū)動信號的PWM占空比上的變化；圖19A到19C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向主軸馬達中的旋轉(zhuǎn)本體在位置上的變化；圖20A到20C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在位置誤差信號上的變化；圖21A到21C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在作為受控驅(qū)動信號向音圈馬達(VCM)提供的輸入電流上的變化；圖22A到22C顯示了根據(jù)主軸馬達下落的方向在作為受控驅(qū)動信號向音圈馬達提供的輸入電壓上的變化；圖23A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖23B是根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖23C是根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖24是當(dāng)HDD下落時圖23A的HDD中生成的內(nèi)部信號的時序圖。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的硬盤驅(qū)動器(HDD)的分解透視圖。參照圖1，HDD包括適于旋轉(zhuǎn)一個或多個盤130的主軸馬達100。HDD進一步包括適于在130圓周外的一點樞轉(zhuǎn)的致動器160。致動器160連接讀/寫頭161并且適于將讀/寫頭161移動至盤130上所需的位置。HDD還進一步包括適于向致動器160提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率的音圈馬達(VCM)169。
主軸馬達100置于HDD的基座部件111上。盤130安裝在主軸馬達100上并且由主軸馬達100以預(yù)定的角速度旋轉(zhuǎn)。盡管圖1的HDD可能包括多于一個盤130，但是為了描述的方便，此處將僅僅涉及一個盤，并且將稱為“盤130”。
致動器160包括置于基座部件111上的致動器樞軸165、擺臂163、懸臂162以及線圈支撐部件167。擺臂163可旋轉(zhuǎn)地連接于致動器樞軸165。懸臂162連接于擺臂163的頂部，支撐讀/寫頭161并向盤130表面推動讀/寫頭161。讀/寫頭161跟蹤盤130上的目標道“T”以從盤130讀取或向其中寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)盤130停放旋轉(zhuǎn)時，將讀/寫頭161置于在盤130圓周外設(shè)置的停放斜面170。
在圖1中示出的示例中，VCM 169包括磁體184和VCM線圈164。VCM169適于提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率以在由弗萊明(Fleming)左手定則定義的方向上使擺臂163轉(zhuǎn)動。該轉(zhuǎn)動動作通過利用VCM線圈164的輸入電流和由磁體184所形成的磁場的互相作用而實現(xiàn)。VCM線圈164裝配到置于擺臂163的基座部件的線圈支撐部件167中。典型地，磁體184圍繞VCM 164，附著于軛181并由其支撐。在圖示的示例中，主軸馬達100和致動器160置于在基座部件111和與之相匹配的覆蓋部件191之間設(shè)置的內(nèi)部空間中。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實施例的圖1中所示的主軸馬達100的縱向剖面圖。參照圖2A，主軸馬達100包括定義了主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)中心的軸121、附著于軸121并適于與其一起進行旋轉(zhuǎn)的輪轂125、附著于基座部件111并置于輪轂125的圓周外部的定子112，從而定子112和附著于輪轂125的永磁體126相互分開而彼此相對。永磁體126置于輪轂125的外邊緣處。定子112置于面對永磁體126，在圖示的示例中包括磁軛113和纏繞磁軛113的線圈115。當(dāng)HDD操作時，定子112由驅(qū)動電流磁化并且與永磁體126相互作用。所得磁力旋轉(zhuǎn)輪轂125和軸121。
基座部件111包括向支承軸121向上突出的頸部分111a。圍繞軸121的軸套117插入于頸部分111a的開口中。軸121包括圓柱軸頸部分(journalportion)121a，還包括從軸121的下部的下面徑向突出的推力部分(thrustportion)121b從而沿基本平行于軸121的旋轉(zhuǎn)軸的軸固定軸121在軸套117中。主軸馬達100的構(gòu)件可組合成旋轉(zhuǎn)本體120和適于支撐旋轉(zhuǎn)本體120的靜止本體110。在圖2A中所示的實施例中，旋轉(zhuǎn)本體120包括軸121和輪轂125，同時靜止本體110包括定子112、基座部件111和軸套117。
適于旋轉(zhuǎn)地支撐軸121的流體動力軸承置于軸121周圍。在流體動力軸承中有適于軸向(即與軸121旋轉(zhuǎn)軸平行的方向)支撐軸121的上和下部推力軸承153a和153b以及適于徑向(即與軸121的旋轉(zhuǎn)軸垂直的方向)支撐軸121的軸頸軸承151。此外，在軸121的表面形成梳狀凹槽。因此，當(dāng)軸121旋轉(zhuǎn)時，梳狀凹槽生成徑向的流體動力壓力。代替地，盡管未示出，但是可以在與軸121相對的軸套117的內(nèi)表面形成相似的凹槽。
圖2B進一步圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的主軸馬達100。圖2B中所示的主軸馬達100與圖2A中所示的相似，除了它進一步包括一個飛行高度傳感器102和靜止偏心距傳感器104。
圖2C進一步圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的主軸馬達100。圖2C中所示的主軸馬達100與圖2A中所示的相似，除了它進一步包括一個旋轉(zhuǎn)速度傳感器106。根據(jù)圖2B和2C中所示的實施例的情況中，為了圖示的方便概念性地示出各種傳感器。這些傳感器相對于主軸馬達100的構(gòu)件的位置可隨多種設(shè)計參數(shù)而變化。
圖3進一步圖示了在一個實施例中永磁體126的示例性的結(jié)構(gòu)。(參照圖2)。在圖示的實施例中，永磁體126呈圓形并包括十二個極。此外，第一多個軛113(例如，圖示的示例中的九個)設(shè)置成圍繞永磁體126的一個圓。軛113從環(huán)形支撐邊延伸，線圈115纏繞第二多個(例如，九個之中的6個)軛113。包括線圈的第二多個軛113分為成對的相鄰軛113，同時第一多個軛中的無線圈軛設(shè)置于每一對之間。在一個示例中假定使用無刷DC電機，通過對各個線圈115施加適當(dāng)?shù)腁C電流信號，定子112的軛113交替地設(shè)置相反的磁極性。
考慮上述結(jié)構(gòu)的實施例，現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢測HDD的自由下落的方法。圖4圖示了典型地作用于主軸馬達100中的靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120上的各種力(以及相關(guān)力矩)。參照圖4，為了參照的方便相對于靜止本體110定義包括正交方向xS、yS和zS的坐標系。另外，相對于旋轉(zhuǎn)本體120定義包括正交方向xR、yR和zR的相對坐標系。潤滑油填入靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120之間的軸承間隙。
在該描述的上下文內(nèi)，靜止本體110受到由重力產(chǎn)生的力FGS(即具有重力FGS)、來自于流體動力軸承150的反作用力FHDB以及不平衡電磁力FEM。
旋轉(zhuǎn)本體120受到由重力產(chǎn)生的力FGR(即具有重力FGR)、由軸121中的偏心質(zhì)量分布產(chǎn)生的偏心力FUR、來自于流體動力軸承150的反作用力FHDB以及不平衡電磁力FEM。施加到靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120的來自于流體動力軸承150的反作用力FHDB和不平衡電磁力FEM具有作用力/反作用力的關(guān)系，因此在相反的方向上作用。驅(qū)動旋轉(zhuǎn)本體120的電磁轉(zhuǎn)矩MEM在旋轉(zhuǎn)本體120的旋轉(zhuǎn)方向上作用于(即作為力矩施加到)旋轉(zhuǎn)本體120，由流體動力軸承150和靜止本體110之間的摩擦力產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩MHDB也在相同的旋轉(zhuǎn)方向上作用于靜止本體110。相似地，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩MEM和軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩每一個都施加到旋轉(zhuǎn)本體120。作用于靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120的每一個合成力和矩由根據(jù)牛頓一歐拉方程的下述方程(1)定義方程(1)ΣFiS=FGS-FHDB-FEM]]>ΣMθiS=MHDBS-MEM]]>ΣFiR=FGR+FUR+FHDB+FEM]]>ΣMθiR=MHDBR+MUR+MEM]]>(i＝x，y，z)其中FG、FHDB、FEM、FU、MEM、MHDB分別表示重力、流體動力軸承150的反作用力、不平衡電磁力、由旋轉(zhuǎn)本體120的不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的偏心力、電磁轉(zhuǎn)矩以及流體動力軸承150的摩擦轉(zhuǎn)矩。此外，上標“S”和“R”分別用來表示作用于靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120的力或力矩。
旋轉(zhuǎn)本體120從它的初始位置相對于靜止本體110在時間Δt內(nèi)的位移可以通過使用例如朗格-庫他(Runge-Kutta)算法對牛頓-歐拉方程關(guān)于時間進行數(shù)值積分而獲得。通過基于所獲得的結(jié)果輸入旋轉(zhuǎn)本體的新位置并重復(fù)關(guān)于積分可以獲得旋轉(zhuǎn)本體120在某一時間后的位置和方向。然而，除了靜止本體110的重力FGS和旋轉(zhuǎn)本體120的重力FGR以外的其它力或矩，可以從使用雷諾茲(Reynolds)方程的潤滑油分析以及使用麥克斯韋(Maxwell)方程的電磁場分析中獲得，下面將對其進行描述。因此，牛頓一歐拉方程、雷諾茲方程和麥克斯韋方程將結(jié)合于工作示例中。
來自于流體動力軸承150的反作用力FHDB和流體動力軸承150的摩擦轉(zhuǎn)矩MHDB可以使用置于靜止本體110和旋轉(zhuǎn)本體120之間的潤滑油的有限元分析而獲得。使用雷諾茲方程是該有限元分析的一個方法，它可以由以下方程(2)和(3)表示。因此方程2和方程3表示分別施加到軸頸軸承151和推力軸承的潤滑油的控制方程，其表示為使用變量(r，θ，z)的圓柱坐標。
方程(2)∂R∂Θ(h312μ∂pR∂Θ)+∂∂z(h312μ∂p∂z)=θ·z2∂h∂Θ+∂h∂t]]>方程(3)1r∂∂r(rh312μ∂p∂r)+∂r∂Θ(h312μ∂pr∂Θ)=rθ·z2∂hr∂Θ+∂h∂t]]>其中h、p、μ和R分別表示潤滑油膜的厚度、從潤滑油膜生成的壓力、潤滑油膜的粘度(viscosity)以及軸頸軸成的半徑。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)本體120旋轉(zhuǎn)時，潤滑油的流體動力壓力在旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間產(chǎn)生，流體動力壓力的分布通過從雷諾茲方程發(fā)展有限元而獲得。流體動力軸承150的反作用力FHDB和摩擦轉(zhuǎn)矩(friction torque)MHDB通過積分經(jīng)過相關(guān)區(qū)域的潤滑液體的壓力和切應(yīng)力而獲得。圖5和6分別顯示了隨時間變化的軸頸軸承的壓力分布和推力軸承的壓力分布。
等式(1)的電磁轉(zhuǎn)矩MEM和不平衡電磁力FEM可以通過使用方程(4)分析關(guān)于主軸馬達100的驅(qū)動電路的電壓方程以及使用方程(5)分析關(guān)于電磁場的麥克韋爾方程而獲得。
方程4RiIi+LidIidt+dΦidt-RjIj-LjdIjdt-dΦjdt=VS]]>(打開duty on)RiIi+LidIidt+dΦidt-RjIj-LjdIjdt-dΦjdt=-VD]]>(關(guān)閉duty off)Ii+Ij+Ik＝0(i、j、k相位指數(shù)phase index)
方程5∂∂x(v∂Az∂x)+∂∂y(v∂Az∂y)=J-v(∂My∂x-∂Mx∂y)]]>其中v、J、Az和M分別表示電阻率(它是磁導(dǎo)率的倒數(shù))、流入主軸馬達100的電流的密度、磁矢量勢以及永磁體的磁化強度。
圖7和8顯示了上述的電磁分析的結(jié)果。圖7圖示了主軸馬達100的磁通的分布，圖8圖示了輸入主軸馬達100用來以恒定速度旋轉(zhuǎn)主軸馬達100的驅(qū)動電流的波形。
圖9是圖示了從前述分析中獲得的旋轉(zhuǎn)本體120的矩心和重心d路徑的曲線圖。在圖9中，點線表示旋轉(zhuǎn)本體120的矩心(centroid)的路徑。一旦主軸馬達100初始操作，它的矩心在x和y方向上都具有“0”位移(即它置于原點(0，0))。然而，當(dāng)主軸馬達100被驅(qū)動時，如螺旋路徑所表示，它的矩心變?yōu)閺脑c偏離(即變?yōu)槠?eccentric))。圖9中的實線表示旋轉(zhuǎn)本體120的重心(center of mass)的路徑。旋轉(zhuǎn)本體120的重心和矩心具有相似，但是不同的路徑。
圖10到14分別顯示了當(dāng)HDD進入自由下落狀態(tài)時，方程(1)到(4)關(guān)于時間的數(shù)值積分的結(jié)果。圖示的示例假定了HDD的水平取向，其中靜止本體110的底面118(參照例如圖2A)取向為基本平行于地面，從而靜止本體110置于旋轉(zhuǎn)本體120之下。
在圖10到14中，x、y和z軸對應(yīng)于前面為靜止本體110所建立并示于圖4的的坐標系。也就是說，方向x、y和z分別對應(yīng)于圖4中的xs、ys和zs。圖10圖示了HDD在重力方向上關(guān)于時間的位移(即在工作假定下沿z軸的位移)，其中HDD在大約0.06秒開始下落。圖11圖示了在x-、y-和z-的每個方向上作用于旋轉(zhuǎn)本體120的除了重力的所得分力。在x-和y-方向上作用于旋轉(zhuǎn)本體120的分力振蕩為正弦波，其中每一個都具有規(guī)則周期。當(dāng)HDD開始下落時，在z-方向(即重力方向上)上的分力突然下落到零，該分力通常保持在大約0.01N。公知的是當(dāng)下落開始時z-方向上的分力瞬間消除。這是因為，當(dāng)HDD下落時，旋轉(zhuǎn)本體120在流體動力軸承上將不再施加其重力，并且下落期間一旦流體動力軸承相對于靜止本體110向上推動旋轉(zhuǎn)本體120則在下落前與旋轉(zhuǎn)本體120的重力相反的軸向支撐力將下落到零。
圖12圖示了旋轉(zhuǎn)本體120飛行高度關(guān)于時間的變化(即從靜止本體110分開旋轉(zhuǎn)本體120的距離的變化)。當(dāng)下落開始時，飛行高度增加大約1.6微米。當(dāng)旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間的飛行高度突然增加時，旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間的軸承間隙突然變化，并且某些流體動力軸承150施加的摩擦轉(zhuǎn)矩變化，如下所述。
圖13顯示了對于上和下部推力軸承以及軸頸軸承摩擦轉(zhuǎn)矩關(guān)于時間的變化，其中每一個作用于旋轉(zhuǎn)本體120。當(dāng)由軸頸軸承施加的摩擦轉(zhuǎn)矩在下落開始之前和之后保持恒定時，由上推力軸承施加的摩擦轉(zhuǎn)矩在下落開始后略微增大，且由下部推力軸承施加的摩擦轉(zhuǎn)矩在下落開始后明顯降低。因此，在下落開始后，總的摩擦轉(zhuǎn)矩，即由軸頸軸承以及上和下部推力軸承施加的摩擦轉(zhuǎn)矩的總和降低大約4.4％。因為當(dāng)HDD開始下落時由于旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間的飛行高度突然增加而旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間的上和下軸承間隙發(fā)生改變，如參照圖12所述的，所以推力軸承施加的總摩擦轉(zhuǎn)矩降低。由流體動力軸承150施加的摩擦轉(zhuǎn)矩作用為一種保持主軸馬達100以恒定速度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)負荷。當(dāng)HDD下落時，摩擦轉(zhuǎn)矩突然降低，因此主軸馬達100的驅(qū)動電流必須同樣地降低，從而保持主軸馬達100以恒定速度旋轉(zhuǎn)。
圖14顯示了主軸馬達100的驅(qū)動信號的脈寬調(diào)制(PWM)占空比關(guān)于時間的變化。PWM占空比在低電平和高電平之間振蕩。當(dāng)HDD下落時，高和低電平的每一個都降低大約0.2％，且摩擦轉(zhuǎn)矩如圖13所示地降低。因此，即使低驅(qū)動電流施加到主軸馬達100，它也能以恒定速度旋轉(zhuǎn)，這導(dǎo)致PWM占空比(duty ratio)的降低。
圖15圖示了處于下落狀態(tài)的主軸馬達100的另外三種具體示例，其中每一個主軸馬達在一個不同的空間取向。圖15的示例(a)顯示了以水平取向下落的主軸馬達100，如上所述。圖15的示例(c)顯示了以垂直取向下落的主軸馬達100，該垂直取向是靜止本體110的底表面118基本與地面垂直的方向。圖15的示例(b)顯示了以水平取向和垂直取向之間的傾斜取向下落的主軸馬達100。示例(b)中所示的特定取向使當(dāng)主軸馬達100下落時靜止本體110的底表面118定向為與地面呈45度。術(shù)語“傾斜取向”將在此使用以涉及該特殊的示例。
圖15中，每個箭頭G表示關(guān)于下落的HDD的重力的直牽引力。為了說明目的，進一步假定為當(dāng)HDD具有特定的方向時，主軸馬達100同樣具有該方向，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的實施例，HDD中的系統(tǒng)變量被測定以檢測下落狀態(tài)。對于每一個用于檢測HDD下落狀態(tài)的系統(tǒng)變量，當(dāng)HDD處于下落狀態(tài)時發(fā)生的系統(tǒng)變量的變化將根據(jù)HDD的取向而不同，如以下另外詳細地描述的。
當(dāng)主軸馬達100具有水平取向，但是未下落時，下部推力軸承153b支撐旋轉(zhuǎn)本體120的重量(參見例如圖2A)。當(dāng)HDD開始以水平取向下落時，由旋轉(zhuǎn)本體120施加在下部推力軸承153b上的重力被消除。因此，旋轉(zhuǎn)本體120和靜止本體110之間分開的距離(即飛行高度)增大。因此，HDD的自由下落狀態(tài)可以通過檢測旋轉(zhuǎn)本體120在飛行高度上的實質(zhì)性變化而進行檢測。
在圖2B所示的實施例中，飛行高度的實質(zhì)性變化可以利用飛行高度傳感器102實時檢測。圖16A到16C圖示了根據(jù)圖15的三種示例性取向的檢測到的飛行高度的變化。圖16A到16C中所示的飛行高度的變化的性質(zhì)在表1中進一步描述。角θx表示主軸馬達100的底表面118和基本平行于地面的水平面之間的角度。當(dāng)HDD水平取向下落時，θx＝0°；當(dāng)HDD垂直取向下落時，θx＝90°；以及當(dāng)HDD傾斜取向下落時，θx＝45°。
表1

更重要的，當(dāng)主軸馬達100靜止以傾斜取向時，下部推力軸承153b和軸頸軸承151都支撐旋轉(zhuǎn)本體120的重量(參見例如圖2B)。由每一軸承所支撐的旋轉(zhuǎn)本體120重量的比例將根據(jù)角度θx變化。例如，當(dāng)主軸馬達100靜止在45°的傾斜取向上時，下部推力軸承153b和軸頸軸承151相等地支撐旋轉(zhuǎn)本體120的重量，因此僅僅該重量的部分施加到下部推力軸承153b上，下部推力軸承153b的反作用力僅僅反作用(即支撐)部分重量而不是全部重量，當(dāng)主軸馬達100靜止在水平取向時全部重量施加于下部推力軸承153b上。因此，盡管當(dāng)主軸馬達100以傾斜取向下落時旋轉(zhuǎn)本體120的飛行高度發(fā)生改變，如表1中所示，然而當(dāng)主軸馬達100以傾斜取向首先靜止之后以傾斜取向下落時，飛行高度的變化將小于當(dāng)主軸馬達100在水平取向上靜止之后以水平取向下落時飛行高度的變化。也就是說，與主軸馬達100以傾斜取向靜止相比，當(dāng)主軸馬達100以水平取向靜止時，旋轉(zhuǎn)本體120的重量的更大部分施加于下部推力軸承153b。因此，在主軸馬達100開始下落后的一刻，當(dāng)旋轉(zhuǎn)本體120(或其部分)的重量不再施加于下部推力軸承153b上時，與以水平取向下落時相比，主軸馬達100以傾斜取向下落時較少的重量從下部推力軸承153b上消除。因此，與水平取向下落相比，主軸馬達100以傾斜取向下落時飛行高度將發(fā)生較小的變化。
圖17A到17C分別顯示了在包括主軸馬達100的HDD開始下落之前和之后主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)HDD以水平取向下落時，由支撐旋轉(zhuǎn)本體120重量的下部推力軸承153b施加的摩擦轉(zhuǎn)矩(friction torque)在HDD開始下落時降低。因此，當(dāng)HDD開始下落時，主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度增大(參見例如，圖17A中，時間＝0.3418秒)。
相反地，當(dāng)HDD以垂直取向下落時，在HDD開始下落之前和之后，主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度都保持在大致相同。該結(jié)果起因于無論HDD是否下落由推力軸承在該取向上施加的摩擦轉(zhuǎn)矩都大致相同。
當(dāng)HDD以傾斜取向下落，旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化，但是該變化小于當(dāng)HDD以水平取向下落時發(fā)生的變化。在HDD自由下落狀態(tài)期間發(fā)生的主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度的變化可以通過HDD內(nèi)的反饋控制環(huán)路300檢測。(參見圖23A，之后描述)。反饋控制環(huán)路300適于降低向主軸馬達100提供的驅(qū)動電流，因而通過例如較低的驅(qū)動信號PWM占空比將主軸馬達100返回到所定義的旋轉(zhuǎn)速度。
如圖2C中圖示的實施例中所示，旋轉(zhuǎn)速度傳感器106可以與主軸馬達100多樣地相連以實時測定主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度。參照圖23C的力矩，根據(jù)本發(fā)明的實施例，監(jiān)視器200可以適于測定主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度Ω并當(dāng)監(jiān)視器200確定HDD處于自由下落狀態(tài)中時生成相應(yīng)的自由下落信號。監(jiān)視器200可以參考所測定的旋轉(zhuǎn)速度的明顯(例如，在所定義的閾值之上)增大而確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
圖18A到18C顯示了關(guān)于三種示例性的自由下落取向提供給主軸馬達100的驅(qū)動信號的PWM占空比。參照圖18A到18C，當(dāng)HDD以水平取向或傾斜取向下落時，PWM占空比降低。在這些情形的每一個中，當(dāng)驅(qū)動裝置下落時主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度增大。特別地，當(dāng)HDD以水平取向下落時，PWM占空比降低大約0.62％，以示例性的傾斜取向，PWM占空比降低大約0.44％。
旋轉(zhuǎn)本體120的靜止偏心距(static eccentricity)是旋轉(zhuǎn)本體120的中心和靜止本體110的中心之間的徑向距離。如圖2A中所示，旋轉(zhuǎn)本體120的軸121置于靜止本體110的軸套117中。此外，因為軸121與軸套117分離，所以旋轉(zhuǎn)本體120的中心可能不同于靜止本體110的中心。另外，軸頸軸承151置于旋轉(zhuǎn)本體120和軸套117間的空間內(nèi)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)本體120的中心置于靜止本體110的中心處時，軸套117和軸121置于軸套117內(nèi)的部分之間的作為設(shè)置軸頸軸承151的空間在軸121的置于軸套117內(nèi)的部分的外表面周圍相對一致。
當(dāng)包括主軸馬達100的HDD具有靜止的垂直取向時，軸頸軸承151支撐旋轉(zhuǎn)本體120的重量，施加于軸頸軸承151的旋轉(zhuǎn)本體120的重量可能導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)本體120具有靜止偏心距。然而，在HDD開始以垂直取向下落后的某個時間點上，旋轉(zhuǎn)本體120的重量不再施加于軸頸軸承151，因此旋轉(zhuǎn)本體120將不再具有靜止偏心距。因此，通過測量旋轉(zhuǎn)本體120的靜止偏心距的變化而能夠檢測何時HDD以垂直取向下落，而不用檢測旋轉(zhuǎn)本體120的飛行高度的變化。
圖19A到19C分別是包括主軸馬達100的HDD以每個示例性的取向開始下落之前和之后旋轉(zhuǎn)本體120中心的移動的曲線圖。在水平取向，旋轉(zhuǎn)本體120的中心繞著以大約原點為中心的圓移動，在下落之前和之后旋轉(zhuǎn)本體120的路徑幾乎沒有改變，如圖19A中所示。
圖19C圖示了包括主軸馬達100的HDD開始以垂直取向下落之前和之后旋轉(zhuǎn)本體120的中心的路徑。圖19C的圓形路徑C1顯示了當(dāng)HDD具有垂直取向并在HDD已經(jīng)開始下落之前時，包括主軸馬達100的HDD中的旋轉(zhuǎn)本體120的中心的移動。當(dāng)HDD具有垂直取向并在HDD開始下落之前時，軸頸軸承151支撐旋轉(zhuǎn)本體120的重量，因此軸頸軸承151受到旋轉(zhuǎn)本體120的重量的壓力，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)本體120的中心變?yōu)槠?，如圓形路徑C1所示。也就是說，旋轉(zhuǎn)本體120的中心沿著圓心大約在點(x，y)＝(35nm，-20nm)的圓形路徑C1移動。如圖19C中所示，HDD開始在點F處下落。HDD開始下落后，施加于軸頸軸承151的旋轉(zhuǎn)本體120的重量導(dǎo)致的軸頸軸承151的變形被消除，因此旋轉(zhuǎn)本體120的中心將不再是偏心的，但是在開始下落后的時間點，旋轉(zhuǎn)本體120的中心將開始沿著圓心大約在原點處的圓形路徑C2移動，如圖19C中所示。
圖19C圖示了包括主軸馬達100的HDD開始以傾斜取向下落之前和之后旋轉(zhuǎn)本體120的中心的路徑，其中旋轉(zhuǎn)本體120正在旋轉(zhuǎn)。如圖19C中所示，在HDD下落前，旋轉(zhuǎn)本體120的中心沿著圓形路徑C1移動，該圓形路徑C1是偏心的且圓心大約在圖19C中的曲線的點(x，y)＝(30nm，-15nm)上。在圖19C的曲線中的點F處HDD開始下落。在HDD開始下落后的時間點，軸頸軸承151不再受到由旋轉(zhuǎn)本體120的重量導(dǎo)致的變形，旋轉(zhuǎn)本體120的中心將開始沿著圓心大約在原點處的圓形路徑C2移動，如圖19C所示。
因此，靜止偏心距可以從下落開始之前和之后旋轉(zhuǎn)本體120的位移中測量，給定上述全部假設(shè)關(guān)于下落中HDD的取向所測量的靜止偏心距的改變在數(shù)值上示于表2中。
表2

圖20A到20C顯示了在三種示例性取向的每個中在HDD開始下落之前和之后與HDD關(guān)聯(lián)的位置誤差信號(PES)的變化。以垂直取向中，在HDD100下落前，旋轉(zhuǎn)本體120的重量施加于軸頸軸承151。然而，HDD開始下落后，旋轉(zhuǎn)本體120的重量不再施加于軸頸軸承151，這導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)本體120相對于靜止本體110移動。此外，由于旋轉(zhuǎn)本體120相對于靜止本體110移動，因此相對于旋轉(zhuǎn)本體120的盤130上的道各自的位置也移動。因此，當(dāng)HDD開始下落時，讀/寫頭161可從所需的道處升高。
此處，適于校正讀/寫頭161的跟蹤誤差的位置控制環(huán)路400(參見圖23A)監(jiān)視PES從而檢測讀/寫頭161和所識別的盤道之間的位置差。當(dāng)讀/寫頭161由于下落而從目標道升高(或偏離)時，PES出現(xiàn)突然的突變(burst)。如果我們假定相鄰道之間的距離分為512個單元(即計數(shù)(counts))，則當(dāng)HDD以垂直取向下落時，PES中突變的上峰值和下峰值之間(即突變信號的下限峰值和上限峰值之間)的范圍測量為在大約16個單元，當(dāng)HDD以傾斜取向下落時，大約9個單元。然而，位置誤差的實際范圍受到應(yīng)用于位置控制環(huán)路400的控制器的增益和控制分辨能力的影響。為了校正由下落導(dǎo)致的位置誤差并將讀/寫頭返回至目標道，位置控制環(huán)路400將受控驅(qū)動信號DRA施加到VCM 169以移動讀/寫頭161(參見圖23A)。
參照圖23C的力矩，根據(jù)本發(fā)明的實施例，位置誤差傳感器168適于實時測量讀/寫頭161和目標道T之間的位置誤差并生成相應(yīng)的PES。監(jiān)視器200適于監(jiān)視PES并當(dāng)它確定HDD處于自由下落狀態(tài)中時生成自由下落信號。監(jiān)視器200還適于實時監(jiān)視PES，并且當(dāng)PES表現(xiàn)出例如通過PES中突發(fā)的上峰值和下峰值之間的差值的絕對值定義的相對于閾值的突變時，確定HDD處于自由下落狀態(tài)。此外，中央控制器220適于響應(yīng)于自由下落信號啟動卸載和停放操作以保護讀/寫頭161。
VCM 169可以使用電流驅(qū)動方法而被驅(qū)動，其中輸入電流施加到VCM169作為受控驅(qū)動信號。供選地，可以使用電壓驅(qū)動方法，其中應(yīng)用到VCM169的受控驅(qū)動信號是輸入電壓。
圖21A到21C顯示了作為受控驅(qū)動信號提供給VCM 169的輸入電流的變化。為了校正當(dāng)HDD以垂直取向或傾斜取向下落時出現(xiàn)的位置誤差，用于VCM 169的驅(qū)動信號在HDD開始下落后立即改變相對較大的量。當(dāng)HDD以垂直取向下落時，輸入電流改變(在事件附近)大約0.51％，并且當(dāng)HDD以示例性的傾斜取向下落時，輸入電流改變大約0.36％。然后，HDD開始下落的一段時間之后，輸入電流返回到具有周期性小幅振蕩的穩(wěn)態(tài)條件。然而，當(dāng)HDD以水平取向下落時，驅(qū)動信號不發(fā)生改變。由于當(dāng)HDD以水平取向下落時，在讀/寫頭161和目標道T之間不出現(xiàn)誤差，因此即使當(dāng)HDD下落時輸入電流也保持在周期性小幅振蕩的穩(wěn)態(tài)條件。
再次參照圖23A，根據(jù)本發(fā)明的實施例，監(jiān)視器200適于實時測量輸入電流，因而當(dāng)輸入電流中的瞬時百分率的改變超過所定義的閾值時確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
圖22A到22C顯示了作為受控驅(qū)動信號提供給VCM 169的輸入電壓的變化。如同上述的輸入電流，當(dāng)HDD以垂直取向或傾斜取向下落時可以檢測輸入電壓的瞬時變化。如同當(dāng)使用輸入電流作為受控信號時，當(dāng)HDD以垂直取向下落時，輸入電壓改變(在事件附近)大約0.51％，當(dāng)HDD以傾斜取向下落時，輸入電壓改變大約0.36％。參照圖23A，根據(jù)本發(fā)明的實施例，監(jiān)視器200適于實時測量輸入電壓，并且當(dāng)輸入電壓中的瞬時百分率改變超過所定義的閾值時確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
從前述可見，適于有效地檢測HDD的自由下落狀態(tài)的系統(tǒng)變量根據(jù)HDD的下落前和下落取向而變化。表3顯示了，對于至今為止所描述的每一個示例性的取向，可以用于有效地確定HDD是否關(guān)于每一個取向處于自由下落狀態(tài)的變量或變量組合。
表3

如表3中所示，在水平取向，可以使用關(guān)于主軸馬達100得到的信號例如PWM占空比很容易地檢測自由下落。例如，當(dāng)HDD以水平取向下落時，可以通過實時監(jiān)視PWM占空比并檢測占空比相對于所定義的閾值的變化檢測自由下落。
在垂直取向，可以使用關(guān)于致動器得到的信號(例如頭和目標道之間的位置誤差信號(TMR信號)或VCM的輸入信號(VCM輸入))很容易地檢測自由下落。
然而，不同于水平取向或垂直取向，當(dāng)HDD以傾斜取向下落時，不能單獨使用從主軸馬達得到的信號或從致動器得到的信號來精確地檢測自由下落狀態(tài)?？梢酝ㄟ^測量從主軸馬達得到的信號和從致動器馬達得到的信號兩者并監(jiān)視這兩個信號中每一個的變化而檢測處于傾斜取向的自由下落狀態(tài)。例如當(dāng)HDD以傾斜取向下落時，可以通過相對于所定義的閾值的主軸馬達信號變化的瞬時率以及致動器信號變化的瞬時率的組合檢測而檢測自由下落?？梢酝ㄟ^例如將從主軸馬達得到的信號和從致動器得到的信號使用適當(dāng)?shù)臋?quán)重系數(shù)相加而解釋這兩個變量的單一組合信號。因此，從主軸馬達得到的信號和從致動器得到的信號可以被測量并且用于精確地檢測HDD的自由下落狀態(tài)而無論其方向。
現(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于HDD中檢測自由下落并保護其讀/寫頭免于撞擊相關(guān)盤的示例性方法。圖23A是示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD的方框圖。該HDD適于檢測自由下落狀態(tài)并且在撞擊前安全地卸載和停放讀/寫頭161。除了讀/寫頭161，HDD還包括盤130、主軸馬達100和致動器160。HDD進一步包括適于測量向主軸馬達100提供的輸入信號并檢測自由下落狀態(tài)的監(jiān)視器200、以及適于根據(jù)監(jiān)視器200生成的輸出信號來操作應(yīng)急電源(emergency power supply)210以啟動讀/寫頭161保護操作(即卸載和/或停放讀/寫頭-此后簡單地稱為“卸載/停放操作”)的中央控制器220。
反饋控制環(huán)路300實時控制主軸馬達100并保持其旋轉(zhuǎn)速度。反饋控制環(huán)路300包括反饋控制線“L”、中央控制器220、信號線280及旋轉(zhuǎn)速度傳感器106。反饋控制環(huán)路300生成對應(yīng)于主軸馬達100的標準旋轉(zhuǎn)速度Ωref和所測量的旋轉(zhuǎn)速度Ω之間的差值的誤差信號“e”。誤差信號“e”隨后轉(zhuǎn)換(例如通過比例積分控制器)為具有校正的PWM占空比的新的驅(qū)動信號DRM，并且將新的驅(qū)動信號DRM提供給主軸馬達100。通過計數(shù)主軸馬達100每一次旋轉(zhuǎn)期間內(nèi)生成的時鐘脈沖的數(shù)目(即每單位旋轉(zhuǎn)一個)、通過檢測由主軸馬達100生成的反向電動勢(EMF)或者通過測量主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)相位而測量主軸馬達100的旋轉(zhuǎn)速度Ω。
監(jiān)視器200根據(jù)從比例積分控制器輸出的驅(qū)動信號DRM確定HDD是否處于自由下落狀態(tài)。參照圖23A，根據(jù)本發(fā)明的實施例，監(jiān)視器200實時測量驅(qū)動信號DRM并且檢測驅(qū)動信號的PWM占空比的變化。當(dāng)PWM占空比瞬時地下落到之前由系統(tǒng)建立的臨界比率之下時，監(jiān)視器200確定HDD處于自由下落并生成相應(yīng)的自由下落信號。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，監(jiān)視器200可以實時測量主軸馬達100的驅(qū)動信號DRM，測量VCM的受控驅(qū)動信號，并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號。此外，監(jiān)視器200可以適于在主軸馬達驅(qū)動信號的瞬時變化(可以被測量為在定義的時間周期內(nèi)的百分率變化)超過第一預(yù)定的閾值、VCM受控驅(qū)動信號的瞬時變化超過第二預(yù)定的閾值或者通過組合這些檢測到的瞬時變化而計算得出的值超過第三閾預(yù)定的閾值時確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
當(dāng)從監(jiān)視器200接收到自由下落信號時，中央控制器220輸出緊急卸載和/或停放信號。該功能可以使用由應(yīng)急電源210所提供的功率而執(zhí)行。例如，響應(yīng)于緊急停放信號，應(yīng)急電源210可以向致動器160提供最大可能的操作電流(即最大可用功率)以在從自由下落導(dǎo)致的預(yù)期撞擊之前將讀/寫頭161快速地停放到安全的停放位置。此處所用的“安全停放位置”是指當(dāng)讀/寫頭置于該位置時，在相應(yīng)的HDD承受外部撞擊時讀/寫頭不會與盤碰撞的任何位置。
一旦接收到緊急卸載和/或停放信號的指示，讀/寫頭161停止任何正在進行的讀/寫操作并迅速地被卸載到盤130的圓周外的停放斜面170上。傳統(tǒng)的理解中，HDD停放系統(tǒng)可以分為斜面系統(tǒng)(ramp system)和接觸起停(contact start stopCSS)系統(tǒng)。在斜面系統(tǒng)中，讀/寫頭161停放在置于盤130的外邊緣的停放斜面170上。在CSS系統(tǒng)中，讀/寫頭161停放在置于盤130的內(nèi)邊緣上的停放區(qū)中。
圖24是接收到自由下落狀態(tài)的指示時在HDD中生成的各種相關(guān)內(nèi)部信號的時序圖。圖24(a)中所示的信號曲線圖示了HDD在重力方向(即z方向)上在時間t＝t0開始的示例性位移。圖24(b)圖示了主軸馬達100的驅(qū)動信號，其中當(dāng)HDD在時間t＝t0開始下落時PWM占空比突然下降。驅(qū)動信號的該突然的瞬時改變由監(jiān)視器200實時檢測。當(dāng)通過將PWM占空比的變化與之前定義的臨界比率相比較而檢測到HDD的自由下落狀態(tài)時，監(jiān)視器200立即生成自由下落信號，如圖24(c)中所示。監(jiān)視器200向中央控制器220提供自由下落信號。然后，如圖24(d)中所示，中央控制器220向應(yīng)急電源210輸出緊急停放信號。應(yīng)急電源210隨后向致動器160施加最大的可用輸出電流。圖24(e)圖示了讀/寫頭161的位置。初始地，讀/寫頭161沿置于盤130的內(nèi)邊界(ID)和外邊界(OD)之間的目標道“T”進行讀/寫操作。然而，當(dāng)檢測到HDD的自由下落狀態(tài)時，讀/寫頭161通過致動器160的操作迅速地被停放在置于盤130的外圓周外部的斜面170上(即外邊界OD的外側(cè))。如圖24(e)中所示，在t＝t1，讀/寫頭161已經(jīng)停放在斜面170上。
圖23A的示例性HDD引入了監(jiān)視應(yīng)用于主軸馬達100的輸入信號并通過檢測輸入信號的瞬時變化確定HDD是否處于自由下落狀態(tài)的控制方法。然而，HDD是否處于自由下落狀態(tài)可以供選地通過監(jiān)視旋轉(zhuǎn)本體120相對于靜止本體110的飛行告訴而確定。例如，參照圖2B和23B，傳統(tǒng)設(shè)計的飛行高度傳感器102適于實時測量旋轉(zhuǎn)本體120的飛行高度。在一個實施例中，飛行高度傳感器102可以關(guān)聯(lián)于基座部件111(即靜止本體110)。飛行高度傳感器102可以適于將所測量的飛行高度輸出為電信號HFLY并將其提供至監(jiān)視器200。此外，監(jiān)視器200可以適于監(jiān)視所測量的飛行高度，并通過檢測所測量的飛行高度關(guān)于所定義的閾值的明顯增大而確定HDD處于自由下落狀態(tài)。同樣地，監(jiān)視器200可以進一步適于當(dāng)HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號。
此外，參照圖2B和23B，主軸馬達100可以額外地關(guān)聯(lián)于適于實時測量旋轉(zhuǎn)本體120的靜止偏心距的靜止偏心距傳感器104。監(jiān)視器200可以連接于靜止偏心距傳感器104并配置為使用靜止偏心距傳感器104監(jiān)視所測量的靜止偏心距。此外，監(jiān)視器200可以適于通過檢測所測量的靜止偏心距關(guān)于所定義的閾值的變化(例如，減小)而確定HDD處于自由下落狀態(tài)。圖23B中的信號線230概念地圖示了靜止偏心距傳感器104和監(jiān)視器200之間的連接。
為了高精度地檢測HDD的自由下落而無論取向，需要監(jiān)視從主軸馬達得到的信號和從致動器得到的信號兩者并且使用其組合來檢測自由下落，如參照表3的上述描述。再次參照圖23A，在位置控制環(huán)路400的實時控制下致動器160在盤130上移動讀/寫頭161。例如，位置控制環(huán)路400可以適于使用位置誤差傳感器168生成對應(yīng)于目標道“T”和讀/寫頭161的實際位置之間的位置差的位置誤差信號PES。在位置控制環(huán)路400內(nèi)，控制器220可以適于根據(jù)位置誤差信號PES將受控驅(qū)動信號DRA施加到致動器160。致動器160的受控驅(qū)動信號DRA由監(jiān)視器200實時監(jiān)視。此外，致動器160的受控驅(qū)動信號DRA和用于主軸馬達100的驅(qū)動信號DRM可以由監(jiān)視器200同時監(jiān)視，從而HDD可以精確地確定HDD進入自由下落狀態(tài)的時刻，無論其下落方向如何。相應(yīng)于該確定結(jié)果，HDD可以啟動操作以保護讀/寫頭161。在圖示的示例中，位置控制環(huán)路400包括位置控制線P、中央控制器220、位置誤差傳感器168、致動器160和適于將受控驅(qū)動信號DRA提供給致動器160的信號線270。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，HDD適于檢測HDD何時下落，然后在撞擊之前將讀/寫頭停放在安全的停放位置，從而相對來說HDD將耐撞擊并且因而適于使用在移動環(huán)境中。此外，不同于傳統(tǒng)的HDD，根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD適于無需使用加速度傳感器而檢測HDD何時下落。更確切地，根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD適于通過監(jiān)視從HDD的機械和電學(xué)變量中選取的系統(tǒng)變量的變化而檢測它何時下落，這使得根據(jù)本發(fā)明的實施例的HDD特別適于移動產(chǎn)品，因為它無需加速度傳感器。
以上提到的各種閾值的定義和修改被認為是落入所屬領(lǐng)域的公知技術(shù)。這些值將根據(jù)設(shè)計和使用而改變，并在很多實例中使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)或跟蹤和誤差來定義。
雖然已經(jīng)在此處描述了本發(fā)明的實施例，然而所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對實施例做出不脫離由后附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的范圍的各種形式和細節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，包括旋轉(zhuǎn)本體并用于旋轉(zhuǎn)盤；致動器，用于將讀/寫頭移動至所述盤上所需的位置；飛行高度傳感器，用于實時測量與所述旋轉(zhuǎn)本體相關(guān)的飛行高度；監(jiān)視器，用于監(jiān)視所測量的飛行高度并當(dāng)所述監(jiān)視器確定所述HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動卸載/停放操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HDD，其中所述主軸馬達還包括基座部件；所述飛行高度傳感器與所述基座部件關(guān)聯(lián)；以及，所述飛行高度傳感器用于關(guān)于所述基座部件測量所述旋轉(zhuǎn)本體的所述飛行高度并將所測量的飛行高度作為電信號輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HDD，其中當(dāng)所測量的飛行高度超過所定義的閾值時，所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述緊急停放信號向所述致動器提供最大可用功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的HDD，還包括靜止偏心距傳感器，用于實時測量與所述旋轉(zhuǎn)本體有關(guān)的靜止偏心距；其中所述監(jiān)視器還用于監(jiān)視所測量的靜止偏心距。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的HDD，其中所述監(jiān)視器用于在檢測到所述旋轉(zhuǎn)本體的所測量的飛行高度相對于第一閾值的變化、所測量的靜止偏心距相對于第二閾值的變化、或所計算的值相對于第三閾值的變化時，確定所述HDD處于自由下落狀態(tài)，其中所計算的值關(guān)于所測量的飛行高度和所測量的靜止偏心距而得到。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述緊急停放信號向所述致動器提供最大可用功率。
8.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，用于旋轉(zhuǎn)盤；改動器，用于在所述盤上移動讀/寫頭；旋轉(zhuǎn)速度傳感器，用于實時測量所述主軸馬達的旋轉(zhuǎn)速度；監(jiān)視器，用于監(jiān)視所測量的旋轉(zhuǎn)速度并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號啟動卸載/停放操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的HDD，其中當(dāng)所測量的旋轉(zhuǎn)速度的變化超過所定義的閾值時，所述監(jiān)視器確定所述HDD處于自由下落狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述自由下落信號向所述致動器提供最大可用功率。
11.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，用于以所定義的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)盤；反饋控制環(huán)路，用于使用提供給所述主軸馬達的驅(qū)動信號實時控制所述旋轉(zhuǎn)速度；致動器，用于在所述盤上移動讀/寫頭；旋轉(zhuǎn)速度傳感器，用于實時測量主軸馬達的旋轉(zhuǎn)速度；監(jiān)視器，用于監(jiān)視所述驅(qū)動信號并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動卸載/停放操作。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的HDD，其中所述監(jiān)視器用于監(jiān)視所述驅(qū)動信號的脈寬調(diào)制PWM占空比，并且基于所述PWM占空比相對于所定義的閾值的變化確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述自由下落信號向所述致動器提供最大可用功率。
14.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，包括旋轉(zhuǎn)本體和用于支撐所述旋轉(zhuǎn)本體的靜止本體，其中所述主軸馬達用于旋轉(zhuǎn)盤；致動器，用于在所述盤上移動讀/寫頭；靜止偏心距傳感器，用于測量關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)本體的靜止偏心距；監(jiān)視器，用于監(jiān)視所測量的靜止偏心距并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動卸載/停放操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的HDD，其中所述監(jiān)視器用于實時監(jiān)視所述靜止偏心距，并且當(dāng)所述靜止偏心距的變化超過所定義的閾值時確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述自由下落信號向所述致動器提供最大可用功率。
17.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，用于旋轉(zhuǎn)包括目標道的盤；致動器，用于圍繞樞軸移動讀/寫頭從而在所述目標道之上定位所述讀/寫頭；位置誤差傳感器，用于實時測量所述讀/寫頭的實際位置和所述目標道之間的位置誤差，并進一步用于生成位置誤差信號；監(jiān)視器，用于監(jiān)視所述位置誤差信號并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動所述卸載/停放操作。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的HDD，其中所述監(jiān)視器還用于實時監(jiān)視所述位置誤差信號，并且當(dāng)位置誤差信號出現(xiàn)突變時確定HDD處于自由下落狀態(tài)，其中突變相對于所述位置誤差信號中的上峰值和下峰值之間的差的絕對值而定義。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述緊急停放信號向所述致動器提供最大可用功率。
20.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，用于旋轉(zhuǎn)盤；音圈馬達(VCM)，用于向致動器提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率，所述致動器用于在所述盤之上移動讀/寫頭；位置控制環(huán)路，用于向VCM提供受控驅(qū)動信號，從而使得所述讀/寫頭跟蹤所述盤上的目標道；監(jiān)視器，用于實時監(jiān)視向所述VCM提供的所述受控驅(qū)動信號并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動卸載/停放操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的HDD，其中所述監(jiān)視器進一步用于根據(jù)檢測到的受控驅(qū)動信號相對于定義的閾值的瞬時變化確定HDD處于自由下落狀態(tài)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的HDD，其中所述受控驅(qū)動信號是提供給VCM的輸入電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的HDD，其中受控驅(qū)動信號是提供給VCM的輸入電壓。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的HDD，還包括應(yīng)急電源，其中所述中央控制器用于通過向所述應(yīng)急電源提供緊急停放信號而響應(yīng)于所述自由下落信號啟動所述卸載/停放操作；以及，所述應(yīng)急電源用于響應(yīng)于所述自由下落信號向所述致動器提供最大可用功率。
25.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括主軸馬達，用于以根據(jù)反饋控制環(huán)路所提供的驅(qū)動信號實時控制的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)盤；音圈馬達(VCM)，用于向在所述盤之上移動讀/寫頭的致動器提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動功率，位置控制環(huán)路，用于向所述VCM提供受控驅(qū)動信號，從而使得所述讀/寫頭跟蹤所述盤上的目標道；監(jiān)視器，用于實時監(jiān)視所述驅(qū)動信號和所述受控驅(qū)動信號并當(dāng)所述監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號；以及，中央控制器，用于響應(yīng)于所述自由下落信號對所述讀/寫頭啟動卸載/停放操作。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的HDD，其中所述監(jiān)視器用于在如下情形發(fā)生時確定HDD處于自由下落狀態(tài)所述驅(qū)動信號的所檢測的瞬時變化超過第一閾值；所述受控驅(qū)動信號的所檢測的瞬時變化超過第二閾值；或者由所述驅(qū)動信號和所述受控驅(qū)動信號的所檢測的瞬時變化所計算的值超過第三閾值。
全文摘要
本發(fā)明的實施例提供了一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，其用于檢測HDD何時處于自由下落狀態(tài)并且在撞擊之前停放頭。HDD包括主軸馬達，主軸馬達包括旋轉(zhuǎn)本體并用于旋轉(zhuǎn)盤，其中盤用于存儲數(shù)據(jù)；用于將讀/寫頭移動至盤上所需的位置以讀取/寫入數(shù)據(jù)的致動器；以及用于實時測量旋轉(zhuǎn)本體的飛行高度的飛行高度傳感器。HDD進一步包括用于監(jiān)視所測量的飛行高度并當(dāng)監(jiān)視器確定HDD處于自由下落狀態(tài)時生成自由下落信號的監(jiān)視器；以及用于響應(yīng)于自由下落信號對讀/寫頭啟動停放操作的中央控制器。
文檔編號G11B19/26GK101051496SQ200610130929
公開日2007年10月10日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者韓載赫, 金澈淳, 張健熙, 樸商振 申請人:三星電子株式會社