DE69413443T2

DE69413443T2 - Aktive elektromagnetische Verriegelung für das Kopfstellglied eines Festplattenantriebs

Info

Publication number: DE69413443T2
Application number: DE69413443T
Authority: DE
Inventors: Robert O. Louisville Colorado 80027 Campbell; Thomas A. San Martin California 95046 Tacklind
Original assignee: Quantum Corp
Current assignee: Quantum Corp
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1994-03-21
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-03-22
Also published as: EP0618578A3; DE69413443D1; EP0618578A2; EP0618578B1; US5452162A; JPH0773615A

Description

FACHGEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verriegelungsmechanismus in einem Plattenantrieb. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Zwei-Zustands- Magnetverriegelung, um ein Plattendateistellglied so zu verriegeln, daß die Datentransducerköpfe abgestellt und in einer vorgegebenen Landezone gehalten werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In Übereinstimmung mit der Winchester-Festplatten-Antriebstechnologie "fliegen" Datentransducerkopfgleiter über einen Lufttrageffekt in sehr großer Nähe, z. B. 7 Mikroinch oder weniger, einer Plattendatenspeicherfläche. Die Lufttragwirkung ist nur vorhanden, wenn die Speicherplatte sich dreht. Wenn die Platte bei einem "Kontakt/Start/Stop"-Plattenantrieb mit ihrer Drehung aufhört, "landen" die Kopfgleiter auf der Plattenfläche. Speichermedien sind häufig mit einem Überzug oder einer Schmierbeschichtung versehen, um eine direkte Berührung zwischen dem Kopfgleiter und der Speicherfläche auszuhalten. Demzufolge erlauben manche Plattenantriebs- Hersteller ein Landen des Gleiters an irgendeinem Ort der Datenspeicherplatte.
Direkter Kontakt der Platte mit den Köpfen kann das Speichermedium abschleifen oder es stören. An der Stelle des direkten Kontakts können aufgezeichnete Daten geändert werden, oder es kann sich ein als "hartnäckiger Fehler" bekannter permanenter Defekt entwickeln.
Dementsprechend sehen manche Plattenantriebshersteller eine diesem Zweck gewidmete Landungszone für die Kopfgleiter vor. Diese Landungszone wird üblicherweise so ausgewählt, daß sie sich beim innersten nutzbaren Radius der Datenspeicherplatte befindet, da die wenigsten Magnetspeicherzellen oder -bereiche an dem radial innersten Bereich der Platte vorhanden sind.
Kopfgleiter sind typischerweise aus einem hochgradig geläppten ferrokeramischen Material gebildet. Die Kanten der Schienen sind sehr scharf. Eine Radialverschiebung der Kopfgleiter, während sie mit der Datenspeicherfläche in Berührung sind, hat sich als sehr schädlich für die Integrität der Speicherfläche erwiesen. Derartige Bewegungen können die Magnetdatenspeicherbeschichtung wegmeißeln, -kratzen oder -schaben. So ist häufig eine Verriegelung vorgesehen, um die Kopfpositionieranordnung (hier "Stellglied" genannt) an der Landezone zu verriegeln, wenn Strom vom Plattenantrieb weggenommen wird oder der Spindelmotor sich nicht dreht (was beispielsweise bei einem Bereitschaftszustand mit Stromsparmaßnahmen der Fall sein kann).
Stellgliedverriegelungen gibt es in vielen Formen. Eine durch den Inhaber der vorliegenden Anmeldung in die Wege geleitete Vorgehensweise war, eine aerodynamisch gelöste Stellgliedverriegelung zu schaffen, welche das Stellglied in Reaktion auf eine Luftströmung löst, die durch die Plattendrehung erzeugt wird, um eine rückwärtsgerichtete Vorspannkraft zu überwinden; siehe zum Beispiel die gemeinsam übertragenen US-PS 4 538 193; 4 692 829 und 4 547 997. Ein Nachteil der in diesen Patentschriften beschriebenen Vorgehensweisen ist, daß bei kleinen Plattendurchmessern, wie 3,5" und darunter, Luftströmungen von einer einzelnen Platte unzureichend sein können, um ein zuverlässiges Arbeiten der Stellgliedverriegelung innerhalb einer bei Massenproduktion von Plattenantrieben herstellbaren Konstruktion zu ermöglichen.
Bistabile elektromagnetische Verriegelungen wurden nach dem Stand der Technik vorgeschlagen. Relevante Beispiele enthalten US-PS 4 881 139 von Hazebrouck; US-PS 4 654 735 von Izraelev et al.; US-PS 4 965 684 von Stefansky und US-PS 4 903 157 von Malek. Andere bei der Vorbereitung der zu diesem Patent führenden Anmeldung in Betracht gezogene Patente umfassen US-PS 4 890 176 und 4 947 274 von Casey et al.; US-PS 4 868 695 von Quattro et al.; US-PS 4 851 943 von Perry; US-PS 4 764 831 von Patel; US-PS 4 751 595 von Kishi et al.; US-PS 4 706 142 von Hattori et al.; US-PS 4 686 595 von Bryer; US-PS 4 660 120 von Manzke et al.; US-PS 4 139 874 von Shiraishi; US-PS 4 594 627 von Viskochil et al. und US-PS 4 716 480 Wiens et al..
US-PS 5 208 713 beschreibt eine verbesserte bistabile Verriegelung, die magnetische und elektromagnetische Elemente zum Verriegeln eines Plattendateistellglieds so einsetzt, daß die Datentransducerköpfe geparkt und an einer vorgegebenen Landezone gehalten werden. Zwar arbeitet dieses Gerät wirksam für seinen beabsichtigten Zweck, doch erfordert es eine Anzahl von Komponenten und ist in der Herstellung relativ teuer. Zusätzlich arbeitet diese bekannte Verriegelung nur innerhalb eines engen Bereiches der Leistungszufuhr von einer externen Stromversorgung zufriedenstellend.
Eine andere Vorgehensweise, die für die vorliegende Erfindung relevant ist, wird in US- PS 5 025 335 von Stefansky beschrieben. Diese Patentschrift beschreibt eine Stellgliedverriegelung, die bei Annäherung an die Landungszone eine Festeinfangmagnetanordnung zum Einfangen eines radial erweiterten magnetisch permeablen Einfangkörpers benutzt.
Ein Nachteil der Festeinfangmagnetanordnung ist ihre Tendenz, eine Vorspannkraft auf das Stellglied auszuüben, wenn es sich in die Umgebung der Parkzone bewegt, und dadurch die Regelschleifensteuerung der Kopfposition an den radial innersten Spuren stört. Wenn zusätzlich die Antriebsdurchmesser kleiner werden, auf 2,5" oder 1,8", ist ein ernsthafter Nachteil bekannter Magneteinfangverriegelungen, daß der Einfangmagnet das Stellglied in seinem Bewegungsbereich über den Speicherspuren in unzulässiger Weise beeinflußt, was zu Kopfpositionsinstabilitäten führt.
Damit ist trotz der zahlreichen und verschiedenartigen Vorgehensweisen, die durch die genannten Patentschriften beispielshaft dargelegt sind, ein bisher unbefriedigter Bedarf geblieben nach Fortsetzung der Entwicklung wirksamer kostengünstiger Mechanismen zum Verriegeln eines Plattenantriebsstellgliedes, um die Köpfe bei nicht umlaufender Platte in der Landezone zu halten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG MIT ZIELEN

Ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelung für ein Plattenantriebsstellglied zu schaffen, welches die Begrenzungen und Nachteile der früheren Lösungen überwindet.
Ein spezifischeres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen elektromagnetischen Verriegelungsmechanismus zu schaffen, der in einer Weise magnetisiert und demagnetisiert werden kann, die das selektive Verriegeln des Plattendateistellgliedes ermöglicht und erleichtert.
Ein anderes spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine magnetische Verriegelung für ein Plattenantriebsstellglied zu schaffen, die so gestaltet werden kann, daß beträchtlich größere Halteleistung beim Verriegeln des Stellgliedes in einer Parkposition als in einer Löseposition vorhanden ist.
Ein weiteres spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetverriegelung für ein Plattenantriebsstellglied zu schaffen, die durch einen Gegenfeldgleichstrom demagnetisiert werden kann.
Noch ein weiteres spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetverriegelung mit einer gewünschten Hysteresekennlinie zum Verriegeln und Lösen einer Plattenantriebsdrehsprachspulstellgliedspule zu schaffen, die nur in minimaler Weise das Stellglied in seinem Nutzbereich konzentrischer Datenspeicherspuren beeinflußt.
Noch ein weiteres spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Magnetverriegelung für ein Plattenantriebsstellglied zu schaffen, bei dem die Verriegelung eine Teilanordnung umfaßt, die als eine fertiggestellte Einheit innerhalb der aus Kopf und Platte bestehenden Anordnung einschließlich des Antriebsstellgliedes eingesetzt werden kann.
Es wird eine Zwei-Zustands-Magnetverriegelung für einen Plattenantrieb geschaffen. Der Antrieb enthält Drehsprachspulenstellglieder zum Positionieren eines Datentransducerkopfes mit Bezug auf eine drehbare Datenspeicherplatte innerhalb eines Plattenantriebs. Der Antrieb enthält auch ein Grundglied, an dem das Stellglied bewegbar angebracht ist. Die Zwei-Zustands-Magnetverriegelung umfaßt zwei zusammenwirkende Teile: Ein erstes Teil, das eine Verriegelungsplatte aus ferromagnetischem Material bildet, und ein zweites Teil, das eine Magnetverriegelungsanordnung bildet. Eines der Teile ist mit dem Stellglied verbunden, und das andere Teil ist mit dem Grundglied verbunden. Ein Teil ist eine passive Verriegelungsplatte, die aus Magnetmaterial mit niedriger magnetischer Härte gebildet ist. Das andere Teil ist eine aktive Zwei-Zustands-Magnetverriegelung und enthält einen Kern, umfassend ein Magnetmaterial von mittlerer magnetischer Härte und eine den Kern umgebende Drahtspule. Eine Stromversorgung ist selektiv mit der Spule zum steuerbaren Anlegen einer vorgegebenen elektrischen Energie an die Spule während einer magnetischen Verriegelungssteuerfolge gekoppelt, um den Magnetzustand des Kerns zwischen magnetisiert und demagnetisiert zu ändern. Der Kern und die Verriegelungsplatte sind so in gegenseitiger Nähe, daß die Verriegelungsplatte zu dem Kern angezogen und an ihm zurückgehalten wird, nachdem er magnetisiert wurde und wenn das Stellglied sich in eine Verriegelungsposition bewegt hat und die Verriegelungsplatte nicht mehr von dem Kern angezogen und von ihm zurückgehalten wird, wenn danach durch die Stromversorgung eine Demagnetisierungskraft für den Kern geschaffen wird, wodurch das Stellglied von der Verriegelungsposition gelöst wird und danach frei zur Bewegung längs eines Ortes mit begrenzter Versetzung ist, ohne irgendeinem Einfluß oder einer Vorspannkraft durch den Kern ausgesetzt zu sein.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Verriegelungsplatte durch einen sich bewegenden Abschnitt des Stellgliedes gehalten werden, und die aktive Verriegelung kann auf das Grundglied bezogen werden, oder umgekehrt kann die Verriegelungsplatte an dem Grundglied befestigt werden, und die aktive Verriegelung kann sich mit dem Stellglied bewegen.
Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt der Kern eine Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung. In einem darauf bezogenen Aspekt umfaßt die Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung Alnico #2.
Als ein weiterer Aspekt der Erfindung wird die Verriegelungsplatte aus einem Magnetmaterial mit niedriger magnetischer Härte gebildet.
Als ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Stromversorgung eine erste Schaltung zum Anlegen eines Durchlaßrichtungsstromes an die Spule zum Magnetisieren des Kerns während eines Magnetisierungszeitraumes; und eine zweite Schaltung zum Anlegen eines Stromes mit umgekehrter Polarität an die Spule zum Demagnetisieren des Kernes während eines Demagnetisierungszeitraumes. In einem darauf bezogenen Aspekt schaffen die erste Schaltung und die zweite Schaltung Gleichstromimpulse, die über einen Speicherkondensator gebildet werden, und die steuerbar die Spule durchfließen, um den Kern jeweils zu magnetisieren beziehungsweise zu demagnetisieren.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stehen zwei Polstücke aus weich magnetischem Material von dem Kern ab, um einen hufeisenförmigen Magneten zu bilden, und die Polstücke leiten Magnetfluß von dem Kern während seines Magnetisierungszustandes zu der Verriegelungsplatte.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verriegelungsanordnung als ein einheitlicher Körper gebildet, und Kern und Spule werden mit darin eingebettet. Auch die zwei Polstücke aus weichmagnetischem Material, die von dem Kern zur Bildung eines hufeisenförmigen Magneten abstehen, sind innerhalb des einheitlichen Verriegelungskörpers eingebettet und reichen bis zu einer Fläche desselben, die in einer Verriegelungsposition einander gegenüberliegend der Verriegelungsplatte des Stellgliedes zugewandt sind.
Diese und andere Ziele, Vorteile, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden vollständiger verstanden und anerkannt nach Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen dargeboten wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine vergrößerte Draufsicht auf einen festen Winchester Antrieb, einschließlich einer Zwei-Zustands-Magnetvernegelung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 eine vergrößerte hochschematische isometrische Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Magnetverriegelung.
Fig. 3 eine andere Ansicht der Ausführungsform nach Fig. 2.
Fig. 4 eine hochschematische isometrische Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 eine hochschematische isometrische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 eine Überdeckung von Grafiken, die eine Familie von Magnetisierungs hysteresekennlinien darstellen: Grafik A steht für hartmagnetische Materialien, Grafik B für weichmagnetische Materialien und Grafik C für mittelharte ferromagnetische Materialien.
Fig. 7 ein elektrisches schematisches Blockschaltbild einer Stromversorgung zum Schaffen eines Magnetisierungs/Demagnetisierungspotentials für den ferromagnetischen Kern mittlerer Härte der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Verriegelungsausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die vorliegende Erfindung einzusehen und zu verstehen, ist eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform derselben in Fig. 1 im Zusammenhang mit einer Kopf und Plattenanordnung (head and disk assembly - HDA) 10 eines Festplattenantriebsdatenspeicherteilsystems dargestellt. Die HDA 10 enthält ein Grundglied 12, an welchem alle anderen Elemente der HDA 10 angebracht und/oder auf das sie strukturell bezogen sind. Mindestens eine Datenspeicherplatte 14 ist innerhalb eines umschlossenen Innenraums der HDA 10 angebracht, wie er zum Beispiel durch die kontinuierlichen Seitenwände des Grundgliedes 12 und einen abnehmbaren Deckel (in Fig. 1 nicht gezeigt) bestimmt ist. Die Speicherplatte 14 ist an dem Grundglied 12 mittels einer Spindel 16 angebracht, die beispielsweise in einem bürstenlosen Gleichstromspindelmotor enthalten ist. Der Spindelmotor dreht die Platte 14 mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit wie 3600 U/min (oder schneller, in Abhängigkeit von der gewünschten durchschnittlichen Drehlatenz für einen Nutzerdatenblock innerhalb einer Spur).
Zwar kann die Speicherplatte 14 irgendeinen geeigneten Durchmesser besitzen, doch umfaßt sie vorzugsweise einen Mikro-Winchester-Formfaktor, wie annähernd 3,5 inch, 2,5 inch, 1,8 inch oder kleiner. So ist offensichtlich Fig. 1 etwas vergrößert gegenüber einer tatsächlichen HDA, deren Prinzipien sie verkörpert.
Eine beispielsweise massenausgeglichene Drehsprachspulstellgliedanordnung 18 enthält einen Kopfarm 20, an dem mindestens ein Lastbalken 22 angebracht ist. Der Lastbalken 22 stützt einen Datenspeichertransducerkopfgleiter 24 an einem äußeren Umfangsbereich desselben ab. Der Gleiter 24 enthält einen Datentransducerkopf, der am bevorzugtesten zum Beispiel als ein Dünnfilmkopf ausgebildet ist. Der Lastbalken 22 ist so ausgelegt, daß er als eine Feder wie auch als eine Stütze wirkt, und legt eine vorgegebene Ladekraft an den Kopfgleiter 24 an, um ihn zu der Datenspeicherfläche der Platte 14 hinzudrängen. Diese Kraft wird überwunden durch die Luftanhebung durch die Drehung der Platte 14 während Betätigungen des Datenspeicherteilsystems, von dem die HDA 10 ein integrales Teil ist. Wenn die Stellgliedanordnung 18 sich in der verriegelten Position befindet, d. h. wenn sie an dem permeablen Abschnitt des Verriegelungsgehäuses 40 anliegt, stützt sich der Kopfarm 20 an dem ID-Stoßhaltestift 64 ab.
Die Drehstellgliedanordnung 18 ist an einer Welle 26 angebracht, die an dem Grundglied 12 durch entsprechende (nicht gezeigte) Lager befestigt ist, so daß das Stellglied 18 allgemein frei zur Drehung längs eines Ortes begrenzten Drehversatzes ist, um dadurch den Kopf 20 von einem äußeren Bereich der Platte 14 zu einem inneren Bereich derselben zu bewegen, einschließlich einer Landezone LZ, an der der Stellgliedarm 20 gegen einen inneren Stoßhalter 25 aufsitzt. Elektronikschaltung, wie ein Lesevorverstärker/ Schreibtreiber- und Schalterkreis, und andere zugehörige Schaltelemente sind zum Beispiel an einem flexiblen Kunststoffilmschaltsubstrat 27 angebracht. Eine Verlängerung des Substrats 27 tritt aus dem Innenraum der HDA zwischen einer oberen Lippe der Grundgliedseitenwand und einer Formdichtung aus, welche die Decke mit der oberen Lippe der umlaufenden Seitenwand abdichtet, um die Herstellung von elektrischen Signal- und Stromverbindungen mit einer an dem Grundglied 12 angebrachten (nicht gezeigten) externen Schaltplatine zu ermöglichen.
Ebenfalls in der Drehstellgliedanordnung 18 ist eine flache, allgemein keilförmige Stellgliedsprachspule 28 (in Umrissen dargestellt) enthalten. Die Stellgliedsprachspule 28, die eine Spule aus isoliertem Kupferdraht mit feiner Abmessung umfaßt, ist vorzugsweise durch übliche Kunststoffeinkapselformtechniken integral mit dem Kopfarm 20 ausgebildet. Die flache Sprachspule 28 ist in einen Magnetspalt eingesetzt, der zwischen einer oberen Flußrückführplatte 30 aus dem gleichen Material und einer unteren Magnetflußrückholplatte (in Fig. 1 nicht gezeigt) ausgebildet ist.
Zwei oder vier Permanentmagneten mit hoher Flußintensität sind an der oberen und der unteren Flußrückführplatte befestigt und sorgen für intensive Magnetfelder innerhalb des Magnetspaltes, durch welchen sich die Stellgliedspule bewegt. Die obere ferromagnetische Flußrückführplatte 30 ist in Fig. 1 gezeigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Magnete 31 und 32 an der unteren Flußrückführplatte befestigt und haben Polflächen entgegengesetzter Polarität, die direkt der unteren Platte zugewandt sind, und Polflächen entgegengesetzter Polarität, die direkt gegenüberliegenden Schenkeln der Spule 28 zugewandt sind, wodurch sie den Hochintensitätsmagnetspalt bilden. In einer Richtung durch die Spule hindurchtretender Strom verursacht eine Drehung der Stellgliedanordnung 18 in einer Radialrichtung relativ zur Platte 14, während der umgekehrte Strom eine Bewegung in umgekehrter Richtung verursacht. Die Magnete 31 und 32 können Keramiken aus einem magnetisierten Seltenerd-Element, wie zum Beispiel Neodym, umfassen.
Eine Verriegelungsarmverlängerung 36 ist vorzugsweise als integraler Teil der Stellgliedspule 28 ausgebildet und steht in dem vorliegenden Beispiel von einer Seite derselben ab. An der Armverlängerung 36 ist eine kleine Verriegelungsplatte 14 aus einem entsprechenden Magnetmaterial mit niedriger magnetischer Härte (manchmal als "weichferromagnetisches Material" bezeichnet) angebracht. Die Armverlängerung 36 erstreckt sich mit ihrer Verriegelungsplatte 14 zu einer Magnetverriegelungsanordnung 42, die in dem vorliegenden Beispiel fest an dem Grundglied 12 angebracht ist.
Nach Fig. 2 und 3 verkörpert nun eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform einer Verriegelungsanordnung 42 Prinzipien der vorliegenden Erfindung und umfaßt einen Kern 44 aus ferromagnetischem Material mittlerer Härte, der von einer Elektromagnetspule 46 umgeben wird. Polstücke 50 und 52 aus weichmagnetischem Material stehen von dem Kern 44 ab und sind in der in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsform vorgesehen, und sie leiten den Magnetfluß zu der Verriegelungsplatte nach außen. So vervollständigt in der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 die Verriegelungsplatte 14 einen N-S-Magnetflußkreis, der entsteht, wenn der Kern 44 magnetisiert ist. Diese Anordnung kann dann durch übliche Kunststoffverkapselungstechniken in einem entsprechenden Kunststoffmaterial 48 verkapselt werden.
Die Anordnung 42 ist an dem Grundglied des Antriebs 10 durch eine entsprechende Befestigungstechnik, wie einen entsprechenden Kleber, oder durch mechanische Befestiger, wie (nicht gezeigte) Schrauben, angebracht. Wenn der Kern 44 magnetisiert wird, wird sein Magnetfeld durch die Polstücke 50 und 52 so nach außen geleitet, daß das Feld die Verriegelungsplatte der Stellgliedanordnung anzieht und hält. Die Ausführungsformen der Fig. 1-3 schaffen eine hochwirksame geschlossene Magnetkreisanordnung.
Andere Anordnungen liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel zeigt Fig. 4 eine Verriegelungsanordnung 43, die als Einzelpolmagnetspule angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Verriegelungsplatte 14 an einen freigesetzten Pol des Kerns 44 angezogen. Diese Anordnung vermeidet die Notwendigkeit für Polstücke. Zwar ist sie für den beabsichtigten Zweck wirksam, doch hat die Anordnung nach Fig. 4 etwas weniger Wirksamkeit als die geschlossenen Magnetkreise der Fig. 2 und 3. In dem Beispiel der Fig. 4 enthält eine Ausführungsform einen Kern 44 aus mittelharten magnetischem Material Alnico #2 mit einem Durchmesser von etwa 3 mm und einer Länge von etwa 8 mm. Eine Spule von etwa 500 Windungen aus sehr fein gezogenem und isoliertem Kupferdraht (z. B. 40 Gauge) wurde um den Kern 44 gebildet. Eine Stromversorgung 54 führt einen Gleichspannungsimpuls von etwa 20 V zu, um das Kernstück zu magnetisieren. Die Energie wird in einem großen Speicherkondensator 56 gespeichert, dem dann wahlweise eine Entladung über die Spule 46 ermöglicht wird, was einen Restmagnetismus im Kern 44 ergibt. Wie in Fig. 7 gezeigt, ermöglicht es eine Schalterfunktion 58, den Kondensator 56 aufladen zu lassen, und schafft dann einen Weg zur Entladung über die Spule 46 der Magnetspulenverriegelungsanordnung 43.
Fig. 5 stellt eine Anordnung dar, in der die magnetische Verriegelungsplatte 45 Polstücke zum Zusammenwirken mit der magnetspulartigen Verriegelungsanordnung 43 des in Fig. 4 gezeigten Typs enthält. In Fig. 5 ist der Kern 44 so geformt, daß er Polanschläge 44A und 44B liefert, welche mit Endlaschen 45A bzw. 45B der an dem Stellgliedarm 36 befestigten allgemein U-förmigen Verriegelungsplatte 45 zusammenwirken. In dieser Hinsicht ist es wichtig zu beobachten, daß die Geometrie des Magnetkerns noch relevant für ein leichtes Demagnetisieren des Kerns ist. Im allgemeinen ergibt ein Verhältnis von Kernlänge zu Kerndurchmesser, daß sich Eins annähert, einen Kern, der am leichtesten zu demagnetisieren ist.
Andere Anordnungen der Verriegelungsplatte und der Verriegelungsanordnung können leicht entworfen werden und liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise kann die Verriegelungsplatte 14 an dem Grundglied befestigt werden oder als Teil von ihm abstehen, und der Kern 44 und die Spule 46 können als Teil der Stellgliedstruktur ausgebildet werden, die sich relativ zum Grundglied bewegt.
Der mittelharte ferromagnetische Kern 44 wird magnetisiert, wenn ein entsprechender Magnetisierungsstrom durch die Spule 46 geleitet wird, und der Kern hält einen "permanenten" Magnetismus, bis ein Demagnetisierungsstrom durch die Spule 46 geleitet wird. Wenn der Kern 44 sich im magnetisierten Zustand befindet und die Verriegelungsplatte 40 der Stellgliedarmverlängerung 36 in die Nähe der Anordung 42 kommt, wird die Platte 40 so an die Polstücke 50 und 52 angezogen, daß sich die Armverlängerung 36 an der Verriegelungsanordnung 42 abstützt und das Stellglied verriegelt. Wenn es erwünscht wird, das Stellglied zu lösen, wird ein Demagnetisierungsstrom durch die Spule 46 geleitet, so daß der Kern 44 effektiv demagnetisiert wird, wodurch die Verriegelungsplatte 40 und das Stellglied gelöst werden. Der Demagnetisierungsstrom kann ein Gleichstrom sein, oder es kann sich um begrenzte Zyklen eines zeitlich abfallenden Wechselstroms handeln.
Eine bedeutsame Überlegung in der Praxis der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines angemessenen ferromagnetischen Materials als Kern 44. In der Fig. 6 sind drei ineinanderliegende Magnetisierungshystereseschleifen dargestellt, und zwar für geringhartes (d. h. "weiches"), hartes und "mittelhartes" Magnetmaterial. Einerseits ist, wenn das ferromagnetische Kernmaterial 44 "hart" ist, wie durch die Grafik A angezeigt, das harte Material schwierig zu demagnetisieren, nachdem es magnetisiert worden ist. Hartmagnetische Materialien sind deshalb nicht sehr praktisch für das Stellglied der Verriegelungsanordnung 42. Andererseits wird, wenn das ferromagnetische Material zu "weich" ist, wie durch Grafik B gezeigt, das Material geringer Hätte schwierig zu magnetisieren sein und hält ein Stellglied nicht in einem verriegelten Zustand, wenn der Strom zu der Spule 46 abgeschaltet wird.
Die vorliegende Erfindung benutzt deswegen einen Kern 44, der aus einem Magnetmaterial geeigneter "mittlerer Härte" ausgebildet ist, wie durch Grafik C in Fig. 5 bezeichnet. Der Kern 44 besitzt eine Magnetisierungshysteresekennlinie, die zwischen der harten Kennlinie (Grafik A) und der weichen Kennlinie (Grafik C) liegt. Durch Benutzen eines mittelharten ferromagnetischen Materials für den Kern 44 wird der Kern 44 permanent magnetisiert, wenn ein Magnetisierungsstrom vernünftiger Größe angelegt wird, und wird demagnetisiert, wenn danach ein Demagnetisierungsstrom vernünftiger Größe angelegt wird.
Beispielsweise ist ein ferromagnetisches Material mittlerer magnetischer Härte, das für den Kern 44 bevorzugt wird, eine Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung von Eisen, die als Alnico #2 bekannt ist. Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet wird jedoch erkennen, daß es eine große Vielzahl von bekannten Magnetmaterialien mittlerer Härte gibt, welche für die Verwendung als Kern 44 geeignet sind. Die Verwendung von solchen anderen Materialien ist deswegen klarerweise als innerhalb des Geistes und des Umfanges der vorliegenden Erfindung liegend beabsichtigt.
Um die Stärke der Magnetisierungs- und Demagnetisierungsströme zu begrenzen, ist es wichtig, die Masse des Kerns 44 auf die kleinste Masse zu beschränken, die praktisch zur Realisierung einer wirksamen Verriegelungsanordnung 42 ausreicht. Bei sehr kleinen Plattenantrieben ist die Leistung, die zum Antreiben der Spule 46 erhalten werden kann, sehr begrenzt. Deshalb ist es wichtig, genügend Leistung zum Magnetisieren/Demagnetisieren des ferromagnetischen Kernmaterials innerhalb der Begrenzungen der verfügbaren Plattenantriebleistungsquelle anzulegen, die wahrscheinlich eine Batterie oder eine andere Quelle mit begrenztem Strom ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Anteil des Wechselstromsignals von dem Spindelmotor 16 (Fig. 7) benutzt, um für die Magnetisierung/Demagnetisierungsenergie für die Spule 46 zu sorgen. Während des automatischen Zurückziehens der Stellgliedstruktur 18 zum Parken der Köpfe 24 in der Landungszone (Verriegelungsposition) ist eine Gleichrichterschaltung 60 vorgesehen, so daß die durch den Plattenantriebspindelmotor 60 erzeugte Wechselstromenergie in einen Gleichstrom umgewandelt wird. Eine Spannungsvervielfacherschaltung 62 multipliziert die Gleichspannung zu einem geeigneten hohen Potential. Eine Steuerschaltung 64 steuert die Polaritätsumkehr der vervielfachten Spannung innerhalb der Vervielfacherschaltung 62 und steuert auch die Schalterfunktion 58. Der vervielfachte Gleichstrom wird zuerst in dem Kondensator 56 gespeichert, wenn der Schalter in der in Fig. 7 dargestellten Position ist. Wenn es Zeit ist, den Kern 44 zu magnetisieren oder zu demagnetisieren, unterbricht der Schalter 58 die Spannung vom Spannungsmultiplizierer 62 und verbindet den Kondensator 56 mit der Spule 46. Daraufhin wird ein sich ergebender Gleichstromimpuls richtiger Polarität an die Elektromagnetspule 46 angelegt, um den Kern 44 neu zu magnetisieren. Zu dem Zeitpunkt, an dem der Stellgliedarm 36 in die Nähe der Verriegelungsanordnung 42 kommt, ist der Kern 44 ausreichend aufmagnetisiert, um ein Verriegeln des Armes an der Landezonenposition seines Laufbereiches zu bewirken. Wenn die Verriegelung zu lösen ist, wird eine Ladung entgegengesetzter Polarität in dem Kondensator 46 gespeichert, und der Kondensator entlädt sich über die Spule 46, wodurch er einen Permanentmagnetismus auf ein vernachlässigbares Niveau reduziert. Die in dem Kondensator 56 gespeicherte Demagnetisierungsladung wird durch die Steuerschaltung 64 so gesteuert, daß die Entladung des Kondensators zur Demagnetisierung des Kerns 44 wirksam ist, jedoch nicht zu seiner Neumagnetisierung in umgekehrter magnetischer Polarität.
Der Magnetisierungsstrom wird ein Gleichstrom von geeigneter Größe und geeignetem Potential sein, um den Kern 44 permanent magnetisiert werden zu lassen. Zwar kann ein Wechselstrom zum Demagnetisieren des Kerns 44 benutzt werden, jedoch ist die Erzeugung eines Wechselstroms mit einem geeigneten Leistungsniveau innerhalb eines sehr kleinen Festplattenantriebs schwierig. Dementsprechend wird gegenwärtig ein Gleichstromdemagnetisierungsimpuls mit umgekehrter Polarität gegenüber dem Magnetisierungsimpuls bevorzugt. Die Größe des Gleichstromdemagnetisierungsimpulses wird so ausgewählt, daß der Kern 44 ausreichend in einen demagnetisierten Zustand zurückgeführt wird, ohne in dem Kern 44 permanent eine entgegengesetzte magnetische Polarität zu induzieren. Damit wird der Gleichstromdemagnetisierungsimpuls von ausreichender Energie sein, um den Magnetzustand des Kerns 44 dazu zu bringen, die Hysteresekurve (Grafik B der Fig. 5) ausreichend weit hinunterkommen zu bringen, so daß dann, wenn die Energie umgekehrter Polarität abgenommen wird, die Kernstruktur 44 einen Restmagnetismus von im wesentlichen Null zeigt.
Durch das Zusammenwirken der Verriegelungsplatte 40 an dem Stellgliedverlängerungsarm 36 mit dem Zwei-Zustands-Magnetkern 44 wird eine Zwei-Zustands-Magnetverriegelung für ein Festplattenantriebsstellglied realisiert, die innerhalb der Kopf/Plattenanordnung des Plattenantriebs einfach und sehr kostengünstig zu verwirklichen ist. Es ergibt sich auch ein Plattenantriebsverriegelungsmechanismus, der im Vergleich zu dem nach dem Stand der Technik bekannten sehr wenig Raum erfordert und keine sich getrennt bewegende Mechanik besitzt, wie es bei früheren Verriegelungsauslegungen erforderlich war.
Dementsprechend ist zu sehen, daß eine Zwei-Zustands-Magnetverriegelungs-Anordnung geschaffen ist, die verbesserte Brauchbarkeit gegenüber bekannten Stellgliedverriegelungsanordnungen besitzt, wie sie mit Plattenantrieben benutzt wurden. Es bestehen viele Vorteile einer solchen Verriegelungsanordnung wegen ihrer Einfachheit, geringer Kosten, zeitweiser und niedriger Leistungsanforderungen und Leichtigkeit der Verwirklichung. Insbesondere besitzt die Verriegelungsanordnung der vorliegenden Erfindung bedeutsame Vorteile gegenüber vorher bekannten Verriegelungsmechanismen für einen Submikro-Winchester-Plattenantrieb, da die Verriegelung bedeutend weniger Fläche als zuvor erfordert.
Für den auf diesem Gebiet Erfahrenen werden viele Änderungen und Abwandlungen aus der Betrachtung der vorangehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform leicht ersichtlich sein, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, deren Umfang lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

1. Zwei-Zustands-Magnetverriegelung für ein Plattendateistellglied (18) zum Positionieren eines Datentransducerkopfes (20) relativ zu einer drehbaren Datenspeicherplatte (14) innerhalb eines Plattenantriebs, drehend relativ zu einem Grundglied (12), wobei das Stellglied (18) angebracht ist, um sich relativ zu dem Grundglied (12) zu bewegen, wobei die Zwei-Zustands-Magnetverriegelung dadurch gekennzeichnet ist, daß:

die Verriegelung ein erstes und ein zweites zusammenarbeitendes Teil umfaßt; das erste Teil eine Verriegelungsplatte (40) aus einem ferromagnetischen Material bildet und das zweite Teil eine magnetische Verriegelungsanordnung (42) bildet; entweder das erste oder das zweite Teil auf das Stellglied (18) und das jeweils andere Teil auf das Grundglied (12) bezogen ist; das zweite Teil einen Kern (44), umfassend ein ferromagnetisches Material von mittlerer magnetischer Härte, so daß es zwischen einem magnetisierten Zustand und einem demagnetisierten Zustand gesteuert umgewandelt werden kann, und eine Spule (46) aus einem Draht, umgebend den Kern, enthält; eine Stromversorgung (54) mit der Spule (46) zum steuerbaren Anlegen einer vorherbestimmten elektrischen Energie an die Spule (46) während einer magnetischen Verriegelungssteuersequenz zum Verändern des magnetischen Zustands des Kerns (44) zwischen einem magnetisierten Zustand und einem demagnetisierten Zustand verbunden ist; und der Kern (44) sowie die Verriegelungsplatte (40) in Nähe zueinander sind, so daß die Verriegelungsplatte (40) angezogen und zurückgehalten wird durch den Kern (44), wenn in besagtem magnetisierten Zustand und wenn sich - das Stellglied (18) in eine verriegelte Position bewegt hat, und die Verriegelungsplatte (40) aufhört, von dem Kern angezogen und festgehalten zu werden, wenn eine demagnetisierende Kraft danach an den Kern (44) über die Stromversorgung angelegt und den Kern (44) in besagten demagnetisierten Zustand überführt, wodurch das Stellglied (18) daraufhin von der Zwei-Zustands-Magnetverriegelung freigegeben wird.

2. Magnetverriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil (40) von einem Bewegungsbereich (36) des Stellglieds (18) getragen wird, und daß das zweite Teil (42) auf das Grundglied (12) bezogen ist.

3. Magnetverriegelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil auf das Grundglied (12) bezogen ist, und daß das zweite Teil von einem Bewegungsbereich des Stellglieds (18) getragen wird.

4. Magnetverriegelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (44) eine Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung umfaßt.

5. Magnetverriegelung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium-Nickel-Kobalt-Legierung Alnico #2 umfaßt.

6. Magnetverriegelung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsplatte (40) aus einem weichferromagnetischen Material ausgebildet ist.

7. Magnetverriegelung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (54) folgendes umfaßt:

ein erstes Schaltungsmittel zum Anlegen eines Stroms mit Durchlaßrichtungspolarität an die Spule (46), um den Kern (44) während eines Magnetisierungsintervalls zu magnetisieren; und

ein zweites Schaltungsmittel zum Anlegen eines Stroms mit umgekehrter Polarität an die Spule (46), um den Kern (44) während eines Demagnetisierungsintervalls zu demagnetisieren.

8. Magnetverriegelung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltungsmittel und das zweite Schaltungsmittel ein Speicherkapazitätsmittel (56) zum Speichern von Gleichstromladung und ein Schaltmittel (58) zum Schalten des Kapazitätsmittels (56) zwischen dem ersten und zweiten Schaltungsmittel und der Spule (46) zum Bereitstellen von Gleichstrompulsen, die durch die Spule (46) zum Magnetisieren beziehungsweise Demagnetisieren des Kerns fließen, enthalten.

9. Verriegelung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsanordnung (42) als ein Einheitskörper (48) ausgebildet ist, und daß der Kern (44) und die Spule (46) darinnen eingebettet sind.

10. Verriegelung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Polstücke (50, 52) aus weichmagnetischem Material, die sich von dem Kern (44) erstrecken, um einen hufeisenförmigen Magneten zu bilden, wobei die Polstücke (50, 52) Fluß von dem Kern (44) während ihres Magnetisierungszustands zu der Verriegelungsplatte (40) leiten.

11. Verriegelung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zwei Polstücke (50, 52) aus einem weichmagnetischen Material, die sich von dem Kern (44) erstrecken, um einen hufeisenförmigen Magneten zu bilden, und dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (50, 52) innerhalb des Einheitsverriegelungskörpers (48) eingebettet sind und sich zu einer Fläche desselben erstrecken, die der Verriegelungsplatte (40) des Stellglieds (18) an einer Verriegelungsposition gegenübersteht.