[发明专利]对硬磁盘驱动器主轴电机制造容差的适应性补偿

说明书

                 发明背景

1.发明领域

本发明总体上讲是涉及硬磁盘驱动器工作性能的改进，更详细地说，但并不作为限制，涉及对硬磁盘驱动器主轴电机的旋转速度偏差进行适应性补偿的设备和方法，以减小主轴电机制造容差的影响。

2.现有技术的简述

硬磁盘驱动器目前作为个人计算机的长期存储装置已越来越普及。这种驱动器包括若干具有可磁化涂层的硬磁盘，通过磁化沿磁盘的同心数据磁道定义的相继数据单元，可以将数据写入其中。由于磁盘的硬性，进一步包括的一个能够精确地进行磁道跟踪的伺服系统能使数据磁道间隔非常紧密，从而一个硬磁盘驱动器可以在一个很小的容积中存储大量的数据。

随着计算机技术的进步，硬磁盘驱动器的一个重要特征是驱动器的“存取时间”，它是对一个典型时间的测量，在此期间磁盘驱动器不能执行存储由计算机提供的数据和检索计算机先前提供的存储数据的功能。存取时间一般包括内务操作时间，它是磁盘驱动器为其内部操作服务的时间；查找时间，它是读出/写入转换器磁头查找需要的数据磁道的时间；等待时间，它是当磁盘在转换器磁头下旋转时，所需要的数据磁道上的一个特定扇区到达转换器磁头的时间。本领域的技术人员可以理解，减小存取时间的努力包括通过加快磁盘的运行旋转速度来降低等待时间，以使得转换器磁头移动到适当的数据磁道时，特定扇区到达转换器磁头所需要的时间被减到最小。

现代的磁盘驱动器采用无刷直流电机或主轴电机来以需要的运行旋转速度旋转磁盘。这些电机一般有一个包括若干相位的定子，每个相位有一组或多组电绕组绕在定子内的磁极上，并且每个相位中的绕组被串行电连接。每个相位一般与其它相位并行连接，以使得所有相位在“Y”形或“星”形结构中共用公共的中心抽头。电机还有一个包括若干永久磁体的转子。

磁盘被机械安置到转子上，通过对定子的一个相位内的绕组的激励来感应磁场，该磁场与转子中的永久磁体互相作用，导致转子和磁盘在要求的方向以要求的运行速度旋转。按预定的次序对定子中的相位有选择地激励被称为电机的换向，它仅仅包括提供一系列定时换向步骤，将能量传递到电机使其旋转。每个换向步骤之间的时间被称为一个换向周期，在电机机械旋转一周内的换向周期数是相位数和电机磁体中的南极和北极总数的函数。例如，一个三相十二极电机在电机每机械旋转一周内有36个换向步骤和36个相应的换向周期，每个换向步骤发生在一个绕组和一个磁极唯一的机械对准时刻，其中一个开关从一个结构或换向步骤切换到下一个。

本领域的技术人员知道，换向步骤包括给电机的一个相位提供电流，降低另一个相位的电流，以及使第三相保持在高阻抗使其不被激励。一个换向周期被定义为一系列完整的换向步骤，其中每个相位都依次被提供电流、降低电流和保持不被激励。换向步骤的适当定序和定时将导致电机在要求的方向以要求的速度旋转，并且电机机械旋转一周一般有若干换向周期。换向步骤的定序和定时由换向电路提供给电机，以使电机以要求的运行速度旋转。

现代的电机通常有一个反电势感应电路，它测量在保持在高阻抗的未激励相位上产生的反电势，将该电压与中心抽头上的电压进行比较，在电压的过零点，也就是当反电势电压相对于中心抽头的电压改变极性时，产生一个信号。过零点随后被作为产生下一换向脉冲的定时的参考，以及作为指示电机的位置和相对速度的参考。

本领域的技术人员会理解，在运行过程中主轴电机运行速度存在微小变化，并且当运行速度增加时，为了保证在数据被存储或从磁盘检索之前转换器磁头与扇区的恰当对准，控制这些变化并使其减到最小变得越来越重要。

磁盘运行速度的一个显著变化源来自主轴电机自身的制造容差。这些制造容差可能归因于轴承和轴承表面的变化、主轴电机中永久磁体磁场强度的变化、主轴电机中相位绕组电阻和电感的变化、以及最主要的是绕组之间磁极和槽的间隔变化。这些变化可能显著地影响过零点的定时，由此又影响随后的换向步骤的定时，以及影响速度控制电路保持磁盘以恒定速度旋转的能力。

此外，在数据可能存储在数据磁道的一个特定扇区之前，转换器磁头必须首先定位正确的数据磁道并检测正确扇区在通过转换器磁头下面时的边界，因此相比于电机在速度变化近似于零的情况下运行而言，磁盘运行速度的变化通常需要使用较大的定时窗口来检测适当的扇区边界。