CN1043492C - 具有同一双元件读/写传感器的旋转致动器磁盘驱动器 - Google Patents

Abstract

旋转致动器磁盘驱动器对磁盘的顶面和底面使用基本一致的双元件感应式写/磁阻式读传感器。无需任何机械偏移，就能使读写元件的几何中心被对准。磁阻元件的检测电流比相反的极性提供给磁盘顶和底面上的元件，在与其几何中心相反的方向上移动顶面和底面读元件的磁中心。适当选择磁位移的量和方向，就能使读元件有效地偏移其各自的写元件，旋转致动器引起的偏斜对读写元件与数据磁道的对准问题上的影响达到最小。

Description

具有同一双元件读/写传感器的旋转致动器磁盘驱动器

本发明一般涉及数据记录磁盘驱动器，特别涉及使用双元件读/写传感器的磁记录旋转致动器磁盘驱动器。

磁盘驱动器，也叫磁盘文件，是一种信息存储装置，该装置使用了一个可旋转的其上具有存放信息的同轴数据磁道的磁盘，一个磁头或传感器，用于对各磁道读出或写入数据，以及连接该磁头载体的一个致动器，用于把磁头移到所需的磁道并使之在读或写操作期间保持在磁道的中心线上方。通常有许多由垫圈分开的磁盘重叠在由磁盘驱动器电机转动的中轴壳上。外壳支撑着驱动器电机和磁头致动器并把磁头和磁盘包围起来，为磁头-磁盘界面提供一个基本上密封的环境。

在常规的磁记录磁盘驱动器中，磁头载体是一个气承滑块，当磁盘以其工作速度转动时，它在磁盘表面上方的空气轴承上浮动。该滑块通过一个悬臂来保持贴近磁盘表面，悬臂把滑块连接到致动器上。由悬臂所产生的弹力和由旋转磁盘的速度所产生的空气压力平衡的结果使滑块在磁盘表面之上飞移。

与常规的空气轴承磁盘驱动器不同，液体轴承磁盘驱动器所用的磁头载体至少是部分由磁盘上的液体薄膜所支撑的。在一种类型的液体轴承磁盘驱动器中(正如1988年10月31日递交的、并于1990年5月9日作为欧洲公开申请EP367510公开的IBM公司的未决申请US264,604，以及转让给Conner Peripherals的美国专利5,097,368中所描述的)，一个较厚的、连续再循环的液体薄膜被保持在磁盘表面上，当磁盘以其正常的工作速度转动时，磁头载体被维持与液体薄膜连续接触。在许多液体轴承磁盘驱动器中(正如转让给东芝的美国专利4,901,185和转让给IBM的美国专利5,202,803中所描述的)一个组合式的空气和液体轴承支撑磁头载体，载体接触(或部分接触)磁盘上一层较薄的液体薄膜。

在气体轴承和液体轴承这两种磁盘驱动器中，致动器最常见的形式是旋转致动器，该装置以一种非线性的(通常为弓形的)路径在磁盘表面上移动磁头载体。每个磁盘一般有两个磁头载体，一个用于磁盘“顶面”，另一个用于磁盘的“底面”，这两上磁头载体被附加在致动器上，使得载体能在磁盘相反的表面上一致移动。由于旋转致动器移动在一条弓形的路径上，磁头无法垂直对准数据磁道，而是斜对着磁道，偏斜量随径向位置而变化。

在常规的磁盘驱动器中，单个感应式的读/写磁头执行在磁盘上的读和写两种功能。使用这种单元件磁头，由于使用旋转致动器所产生的偏斜不会对磁头对准磁盘上的数据磁道造成任何特殊的问题。但是，最近IBM的磁盘驱动器使用了双元件磁头，即一个用于写入感应式元件和一个用于读出的磁阻(MR)元件。因为这两个元件是在垂直于载体尾端的方向上被相互隔开的，由于通过磁盘表面的固有的非线性路径，一个旋转致动器无法保持两元件同时对准数据磁道。为了补偿这个问题，双元件磁头在制作时，必须使读元件和写文件在平行于载体尾端的方向上互相偏移，偏移量取决于磁头和平均偏斜。然而，从磁盘顶面上看到的由于偏斜造成这两个元件的失调，是从磁盘底面看到的元件的失调的镜象，因此，与顶面关联的具有偏移读写元件的磁头必须是与底面相关的磁头的镜象。其结果是必须制作两种不同类型的磁头：一种用于磁盘的顶面，另一种用于磁盘的底面，这就使得磁头制作过程和磁盘驱动器的装置过程复杂化。

所需要的是这样一种旋转致动器磁盘驱动器，它能对所有的磁盘表面使用相同的双元件读/写传感器，并使得两元件都能有效地对准数据磁道。

本发明是一个旋转致动器磁盘驱动器，该驱动器对磁盘的顶面和底面都使用基本相同的双元件感应式写/磁阻读传感器。该传感器以这样一种方式被支撑在磁头载体的尾端上；不需要任何机械偏移，就能使读写元件的几何中心被对齐。磁阻元件的检测电流以相反的极性被提供给磁盘顶面和底面上的元件，用以相对于几何中心相反方向移动顶面和底面的读元件的磁中心。适当调整磁位移的位移量和方向，使读元件被有效地偏移开各自的写元件，使得由旋转引起的偏斜对读元件、写元件对准数据磁道的影响达到最小。

为了更加充分地理解本发明的性质和优点应该结合附图参考下面的详细描述。

图1是使用本发明的旋转致动器记录磁盘驱动器的一个简图。

图2是用于图1磁盘驱动器中双元件读/写磁记录头的一个截面图。

图3是一个几何图，说明具有双元件读/写磁头的旋转致动器磁盘驱动器中磁头偏斜的问题。

图4是一个几何图，表示现有技术的旋转致动器磁盘驱动器，这种驱动器带有两种不同的双元件读/写磁头，分别用于磁盘的顶面和底面，以避免磁头偏斜的问题。

图5说明在电流偏向的MR传感器中，磁中心从几何中心的位移。

图6说明在电流源和顶面、底面传感器之间的最佳电路连接，以便提供由写元件到读元件的有效偏移量和正确方向。

图1示意性给出使用本发明的磁盘驱动器。

磁记录盘10，具有顶面11和底面12，盘10安装在主轴6上并由磁盘驱动电机8转动。在每个磁盘表面11和12上的磁记录介质采用环形的同轴数据磁道的形式(图上没有表示)。

磁头载体13被放在磁盘10的顶面11上，载体13是一个气承滑块，它具有气体轴承表面或盘侧20和后端22。磁头载体13在其后端22上支撑双元件读/写传感器21，用于对磁盘表面11上的磁介质读写数据。在本最佳实施例中，载体13是一种如IBM的美国专利4,894,740中所描述的三轨、气承的滑块，带有一个位于中心轨后端之上的传感器21。载体13通过悬臂15同致动器臂14连接。悬臂15提供一个微小的弹力，该弹力使载体13偏向靠着磁盘表面11。第二个载体17也支持一个双元件读/写传感器，它被放在磁盘10的底面12上，并通过悬臂19与致动器臂18连接。

致动器臂14和18被附加在旋转致动器27上。致动器27通常是一种音圈电机(VCM)，它包括一个能在某个固定的磁场中移动的线圈，该线圈移动的方向和速度由控制部件29所提供的电机电流信号控制。当磁盘10转动时，旋转致动器27通常按照一条弓形的路径移动载体13和17，使之在其各自的磁盘表面11和12上方径向地进出，使读/写传感器能访问磁盘表面的不同部分，基中的数据需要被读出或记录下来。

在常规类型的气体轴承磁盘驱动器中，磁盘的转动在载体及其关联的磁盘表面之间产生一个气体轴承。在工作期间，该气体轴承抵销了悬臂的微小弹力，支持载体脱离并和磁盘表面稍微隔开一个小的、基本上固定的空间。然而，本发明也同样适用于其他类型的磁盘驱动器，例如接触式的或几乎接触的记录磁盘驱动器，其中的磁头载体在读写操作期间被推动使之和磁盘接触。

磁盘存储系统的各部分在操作中由控制部件29产生的控制信号所控制，例如存取控制信号和内部锁信号。控制部件29通常包括逻辑控制电路、存储装置和一个微处理器。控制部件29产生控制信号来控制各种系统操作，例如线23上的驱动电机控制信号和线28上的磁道定位和查找控制信号。线28上的控制信号提供所需的电流曲线，用以最佳地移动并定位载体13和17到各自的磁盘表面11和12上所要的数据磁道上。借助读/写通道25，把读写信号传入或传出读/写磁头(如磁头21)。因为读/写磁头21是一种双元件磁头，包括一个用于读数据的MR传感器(读出器)或元件，因此，使用了某种电流源(图中没有给出)为MR传感器提供检测电流，而且读/写通道25包括MR信号放大和检测电路。

根据本发明的原理结合图1的说明对某种具体的记录磁盘驱动器作所的以上描述代表了许多类型的旋转致动器磁盘驱动器。例如，磁盘驱动器可包含许多磁盘和旋转致动器，而每个致动器又能支持许多磁头载体。

现在看图2，该图给出了在载体13上形成的读/写磁头21的截面图，说明构成该结构的膜。基本磁头包括相互形成并共享某些公共元件的分离的读写结构。写传感器是一个薄膜感应式磁头，包括极尖40和42，定义了载体13的盘侧20上的检测端或写间隙44。图中给出了构成感应式写磁头的铜线圈46在极尖40和42之间的截面图。第一MR屏蔽(护罩)被淀积在载体13的后端22上形成的一个氧化膜上。感应式极尖42同时也用作第二MR屏蔽。MR屏蔽42和50与MR传感器52是分开的，MR传感器52位于两个屏蔽之间的间隙材料56的中间。MR传感器52在载体13的盘侧20上有一个检测端58。MR传感器52有一条引线连接其端点，例如图2中所示的引线60。由于图2是一个说明读/写磁头21内部结构的截面图，因此传感器52对面的一半及其引线在图中没有表示出来。引线连接电流源，以便通过MR传感器52提供检测电流，用于检测对应记录磁盘中磁通量的变化而引起的磁阻的变化。MR传感器52和写传感器的线圈46电连接到形成读/写通道25(图1)的电路上。如图2所示，读写传感器的检测端(即写间隙44和MR检测端58)的几何中心在同一平面57上，该平面通常垂直于载体13的后端22和盘侧20。

图3是一个几何图，说明由旋转致动器引起的偏斜是如何是导致双元件读/写传感器中读写元件的失调。

磁盘10有一旋转中心70和一个典型的数据磁道72，旋转致动器27有一旋转轴74和中心臂轴76，臂轴76通过读元件77和写元件78的几何中心。当致动器27绕着轴74转动时，读元件77沿着一条弓形的路径79经过磁盘10的表面11。从图3中显然可以看出：由于读元件77和写元件在沿着臂轴76的方向上被分开距离Y，因此，它们分别被定位在相对于磁盘10的中心70的不同半径R1和R2上。臂轴76以及沿着它的读写元件77和78被偏斜了一个角度，相对于数据磁道72的切线80成θ角。因此，如果象图3所示那样把读元件77对准数据磁道72，则写元件78将无法对准该数据磁道，致动器27需要移动磁头载体读写同一磁道上的数据，这是不合要求的。

为了解决这一问题，上述IBM的磁盘驱动器中的读元件和写元件被相互偏移，偏移是为经过数据磁道偏斜的平均值，这可由图4的几何图说明，该图表示磁盘10的具有顶面11和底面12的部分。在其后端93上带有读元件91和写元件92的磁头载体90被定位于磁盘的顶面11，在其后端97上带有读元件95和写元件96的磁头载体94位于磁盘的底面12。实际上，载体90和94应该准确地相互重迭在磁盘10的相对两面，但为了便于说明问题，图中表示为分离的。因此，载体90和94都沿着旋转致动器27的臂轴76被定位，它们各自的后端93和97一般都垂直于臂轴76。载体90和94也被定位在数据磁道72上，在接近读写元件的一个很短的区域中可看成是一条直线。如图所示，载体90上的读元件91和写元件92以及载体94上的读元件95和写元件96都对准数据磁道72，因此，不同于图3的配置，这里的半径R1和R2是相同的。然而，为了实现旋转致动器上双元件磁头中读元件作写元件都对准该磁道的功能，必须让这两个元件在平行于载体后端的方向上相互偏移。因此，在载体90上，读元件91和写元件92的几何中心互相偏移一段平行于后端93的距离d，偏移距离由下式给出：

d=Y.tanθ其中Y为在垂直于后端93的方向上读元件和写元件之间的间隔距离，θ为偏斜角。同样，在载体94上，读元件95和写元件96的几何中心也相互偏移了平行于后端97的距离d。然而，由于载体94位于磁盘10的底面12上，因此要求其读写元件的位置基本上是载体90上读写元件位置的镜象。这意味着必须制作两个具有不同零件号的不同载体，然后跟踪整个磁盘驱动器的装配过程以确保它们被装在合适的致动器臂上。

本发明解决了这一问题，本发明是一种如图1至图3中所描述的旋转致动器磁盘驱动器，即在这类磁盘驱动器中，所有的磁头载体13和双元件磁头21基本上是一致的。在每个载体上，无论是用在磁盘10的顶面11或底面12上，读元件检测端58和写间隙44的几何中心都在同样的平面57上，该平面通常垂直于载体的盘侧20和后端22，而保持读元件和写元件对准磁道所要求的这两个元件的偏移则通过适当地电连接元件(如图5和图6中所描述)，用磁的方法来实现。

图5给出了具有MR读传感器52的磁头载体13的顶部和具有顶面11的磁盘10。图中的载体13的盘侧20上的检测端58面向磁盘表面11，由此发出磁力线100,MR传感器52的端点有电路引线60和61，连接电流源102。MR传感器52有一几何中心104，对准写间隙44的几何中心(见图2)，使得读元件和写元件在物理上没有相互偏移。

MR传感器52在方向106上具有一个磁力矩，该磁力矩的方向是由具有方向108的检测电流Is中传感器的电流偏置所造成的，MR传感器的电流偏置一般通常使用邻近的导体膜(分流偏置)或相邻的软磁膜(软偏置)来形成的。通过相邻导体或软偏置膜的电流在该膜中建立了一个磁力矩，使MR传感器的磁力矩具有一个并非平行于电流方向的方向。

现在参考图5底部的图，来自MR传感器52的信号强度S图示为沿着传感器长度的位置X的一个函数，该信号曲线的中心110是MR传感器52的磁中心，并且从几何中心104移动距离m。该磁位移的方向(图中向右)由检测电流Is的方向108所决定。理解该位移主要是考虑邻近MR传感器52两端的磁力线100的影响。仅当垂直于磁力矩方向106时，该磁力线100才能最佳地传播到MR传感器52中。在靠近引线61的一端，磁场线100进入MR传感器并沿着离开传感器52的方向传播，因此，在传感器52的这一端上只有相当微小的强度S。反之，在接近引线60的一端，磁力线100在传感器52的方向上传播，使得信号强度S高得多，结果是在信号曲线中，向几何中心104右边的位移为m。如果把电流Is的方向108倒过来，位移m则向几何中心104的左边。

由于MR传感器52中磁力矩方向106是由分流或软膜偏置引起的，而且偏置又是由检测电流Is的方向108形成的，因此，检测电流方向的变化将使MR传感器52的磁位移m转向相反的方向(向着图5中几何中心104的左边)，这是因为磁力矩的方向106现在将向下并向右(而不是图5中的向上并向右)，而且磁力线100也将转向右方(而中是图5中的左方)，因此邻近MR传感器52端点的磁力线100影响将与图5中先前描述的相反。

在本发明中，载体及其支撑的双元件磁头在物理上是一致的(对于磁盘顶面和底面都是这样)，但顶面和底面读元件之间的检测电流的极性是反向的。其结果是：通过适当选择载体上读写元件之间的间隔Y和Is的值，磁位移m就能用来提供保持读写元件都对准数据磁道所需的有效偏移d，顶面和底面读元件之间极性相反使对顶面和底面载体的磁位移定在相反的方向上进行的，因此允许磁头有效地互为镜象。

图6给出了顶面120和底面122读元件连接电路的一个实施例。MR传感器120和122基本上是一致的，其中的每一个通过开关124连接电流源126，电流源126被接到读/写通道的读前置放大器128上。当开关处于图6所示的位置时，检测电流沿着从引线130通过顶面MR传感器120到引线132的方向流动。当开关124位于其他的位置时，检测电流沿着从引线136经过底面MR传感器122到引线134的方向流动。由于电流在两个MR传感器120和122中是在相反的方向上，因此，产生所需偏移d的磁位移m在两个MR传感器中也将是在相反的方向上，这就允许顶面和底面的传感器在物理上都是一致的，因此只需制作一种带有它的被支持的双元件磁头的载体。

下面在一个实际的磁盘驱动器中各类参数的近似值可用来说明本发明的一种实施例。对于3.5寸的磁盘驱动器，偏斜的平均值约为10度，磁位移m约0.5微米。因为元件之间的间隔Y大约为3微米(可通过改变磁头的设计增加或减少约1微米)，因此，用于补偿偏斜的机械偏移d也约0.5微米。这样，通过控制顶面和底面载体中电流Is的方向为相反的方向，顶面和底面载体上的双元件磁头就可以制作为相同的，而利用磁位移m来提供这些元件所需的偏移。

虽然已经对本发明的最佳实施例作了详细的说明，但显然还可以对本发明进行修改和改进，而是必离开下面权利要求书中所述的本发明的原理和范围。

Claims (9)

1．一种数据记录磁盘驱动器，具有一个用于把数据写在磁盘上的写入传感器和一个用于从磁盘中读出数据的分离的读传感器，该磁盘驱动器包括：

至少一个数据磁盘；

一个同磁盘连接、用于转动磁盘的电机；

支撑一个写传感器和一个读传感器的第一截体，该第一载体具有一个盘侧和一个后端；

支撑一个写传感器和一个读传感器的第二载体，该第二载体具有一个盘侧和一个后端；

一个旋转致动器，同第一和第二载体连接，用于在磁盘一面上按弓形路径移动第一载体，同时在磁盘的反面上按弓形路径移动第二载体，因此传感器就能访问与之关联的磁盘表面上的数据；

第一写传感器，附加在第一载体的后端，并带有一个面向第一载体的盘侧的检测端；

第一读传感器，附加到第一载体的后端，并带有一个面向第一载体的盘侧的检测端；

第二写传感器，附加到第二载体的后端，并带有一个面向第二载体的盘侧的检测端；

第二读传感器，附加在第二载体的后端，并带有一个面向第二载体的盘侧的检测端；以及

用于支撑电机和致动器的装置；

其特征在于：

第一读传感器的检测端位于一个相对于第一写传感器固定的位置，并且它的磁中心在第一方向上偏离其几何中心；

第二读传感器的检测端具有一个相对于第二写传感器的检测端固定的位置，该位置与第一读传感器检测端相对于第一写传感器检测端的固定位置相等，第二读传感器的检测端的磁中心在第二方向上偏离其几何中心，该方向与所述第一方向相反，第一和第二读传感器检测端自其各自几何中心的磁移量相同。

2．根据权利要求1中所述的磁盘驱动器，其特征在于第一和第二载体是气承滑块。

3．根据权利要求1中所述的磁盘驱动器，其特征在于：每个载体上相关的读写传感器检测端的几何中心位于与相关载体后端垂直的平面内。

4．根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于第一和第二写传感器是感应式写元件。

5．根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于第一和第二读传感器是磁阻式读元件。

6．根据权利要求5的磁盘驱动器，其特征在于还包括耦合到磁阻读元件的装置，用于处理由读元件从磁盘上检测到的代表数据的信号。

7．根据权利要求1的磁盘驱动器，其特征在于第一和第二写传感器是感应式写元件，而第一和第二读传感器为磁阻式读元件。

8．根据权利要求7的磁盘驱动器，其特征在于感应式写元件的检测端是写间隙，其中，每个写间隙的检测端同其相关的磁阻式读元件在垂直于其相关载体后端的方向上被隔开。

9．根据权利要求8的磁盘驱动器，其特征在于包括耦合到第一磁阻式读元件、用于产生第一检测电流的装置，以及耦合到第二磁阻式读元件、用于产生与所述第一检测电流方向相反的第二检测电流的装置。

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