采用相位偏移从主轴电机生成电力的数据存储装置制造方法及图纸

本申请涉及在电力故障期间采用相位偏移从主轴电机生成电力的数据存储装置。公开一种数据存储装置，其包括：磁盘、被配置为旋转磁盘的主轴电机和在磁盘上方被致动的磁头，其中主轴电机包括多个绕组。基于换向序列使绕组换向并将周期性驱动电压施加至每个绕组，其中周期性驱动电压包括正常操作期间的工作振幅。当电源电压降至阈值以下时，通过至少将周期性驱动电压的相位调整一相位偏移并基于相位偏移调整周期性驱动电压的振幅，将主轴电机配置成电力发电机。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
诸如磁盘驱动器的数据存储装置包括磁盘和连接至致动器臂的远端的磁头，其中致动器臂通过音圈电机(VCM)围绕枢轴旋转以将磁头径向定位在磁盘上方。磁盘包括多个径向间隔的用于记录用户数据扇区和伺服扇区的同心磁道。伺服扇区包括磁头定位信息(例如，磁道地址)，该信息通过磁头读取并通过伺服控制系统处理以在磁头逐磁道寻道时控制致动器臂。图1将现有技术磁盘格式2示为包括由围绕每个伺服磁道的圆周记录的伺服扇区60-6N限定的若干伺服磁道4。每个伺服扇区6i包括用于存储周期图案的前导码8和用于存储特殊图案的同步标志10，其中周期图案允许读取信号的适当增益调整和时序同步，特殊图案用于与伺服数据字段12符号同步。伺服数据字段12存储诸如伺服磁道地址的粗磁头定位信息，该粗磁头定位信息用于在寻道操作期间将磁头定位在目标数据磁道上方。每个伺服扇区6i进一步包括伺服脉冲组14(例如，N和Q伺服脉冲)，以相对于彼此和相对于伺服磁道中心线的预定相位记录这些脉冲组。基于相位的伺服脉冲14提供精细磁头定位信息，该精细磁头定位信息用于中心线追踪并在写入/读取操作期间存取数据磁道。通过读取伺服脉冲14生成位置误差信号(PES)，其中PES表示磁头相对于目标伺服磁道的中心线的测量位置。伺服控制器处理PES以生成应用于磁头致动器(例如，音圈电机)的控制信号，以便在减小PES的方向上、在磁盘上方径向致动磁头。磁盘2通常由主轴电机以高速旋转，使得空气轴承形成在磁头和磁盘表面之间。为了生成使得主轴电机旋转的旋转磁场，换向控制器使用具体换向
序列，将驱动信号施加至主轴电机的绕组。现有技术磁盘驱动器通常通过测量由主轴电机的绕组生成的反电动势(BEMF)电压的过零点频率来控制绕组的换向。现有技术磁盘驱动器还可以在电力故障期间将主轴电机生成的BEMF电压用作电源以帮助关机操作，诸如将磁头卸载在斜坡(ramp)上。附图说明图1示出包括由伺服扇区限定的伺服磁道的现有技术磁盘格式。图2A示出根据一个实施例的磁盘驱动器形式的数据存储装置，该装置包括在由主轴电机旋转的磁盘上方被致动的磁头。图2B是根据一个实施例的流程图，其中当电源电压降至阈值以下时，通过调整周期性驱动电压的相位一相位偏移并基于相位偏移调整周期性驱动电压的振幅，主轴电机被配置成电力发电机。图3示出根据一个实施例的控制电路系统，其包括用于基于换向序列驱动主轴电机的绕组的多个开关。图4A是根据一个实施例的流程图，其中基于相位偏移配置数模转换器(DAC)值(标量)并且基于DAC值配置周期性驱动电压的振幅。图4B示出根据一个实施例、针对多个不同相位偏移的若干效率随电力生成变化的曲线。图5是根据一个实施例的流程图，其中当电源电压降至最小值时，减小磁盘驱动器的负载，诸如通过降低由被配置为在磁盘上方径向致动磁头的音圈电机消耗的电力。具体实施方式图2A示出根据一个实施例的磁盘驱动器形式的数据存储装置，该数据存
储装置包括：磁盘16、配置为旋转磁盘16的主轴电机18和在磁盘上方被致动的磁头20，其中主轴电机包括多个绕组。基于换向序列使绕组换向并将周期性驱动电压21施加至每个绕组，其中周期性驱动电压包括正常操作期间的工作振幅。磁盘驱动器进一步包括控制电路系统22，其由电源电压供电并被配置为执行图2B的流程图，其中当电源电压降至阈值以下时(框24)，通过至少将周期性驱动电压的相位调整一相位偏移(框26)并基于相位偏移调整周期性驱动电压的振幅(框28)，主轴电机被配置成电力发电机。在图2A的实施例中，磁盘16包括限定多个伺服磁道32的多个伺服扇区300-30N，其中相对于伺服磁道以相同或不同径向密度限定数据磁道。控制电路系统22处理源于磁头20的读取信号34，以解调伺服扇区300-30N并生成位置误差信号(PES)，该信号表示磁头的实际位置和相对于目标磁道的目标位置之间的误差。控制电路系统22中的伺服控制系统使用合适的补偿滤波器将PES滤波以生成施加至音圈电机(VCM)38的控制信号36，以便在降低PES的方向上、在磁盘16上方径向致动磁头20，其中音圈电机(VCM)38围绕枢轴旋转致动器臂40。伺服扇区300-30N可以包括任何适合的磁头位置信息，诸如，用于粗定位的磁道地址和用于精细定位的伺服脉冲。伺服脉冲可以包括任何适合的图案，诸如基于振幅的伺服图案或基于相位的伺服图案(图1)。图3示出根据一个实施例的控制电路系统22，其中为了驱动换向控制器44的换向序列，可以处理由主轴电机18的绕组生成的反电动势(BEMF)电压42。主轴控制框46可以处理BEMF信号48，该BEMF信号可以是表示由BEMF检测器50检测的BEMF过零点的方波。换向控制器44可以生成控制信号52，该控制信号52配置BEMF检测器50以检测由每个绕组在磁盘旋转时生成的BEMF电压的过零点。换向控制器44还生成施加至换向逻辑56的控制信号54。
在图3的实施例中，为了利用驱动电压+V和-V驱动绕组，换向逻辑56由控制信号54配置以控制开关58状态。换向逻辑44可以以任意合适的方式操作，诸如通过将开关58驱动为线性放大器，其中该线性放大器将连续时间正弦电压施加至绕组。在另一个实施例中，换向逻辑56可以使用脉冲宽度调制(PWM)(诸如，使用方波PWM、梯形PWM或正弦PWM)驱动开关58。无论如何驱动绕组，换向控制器44生成控制信号54，使得绕组以正确周期换向，从而生成使得主轴电机旋转的期望旋转磁场。在一个实施例中，主轴控制框46可以生成控制信号60，其控制被施加至绕组的周期性驱动电压(连续或PWM)的有效振幅，从而控制主轴电机18的速度。如果电力故障发生并且磁盘16正在旋转，则存在剩余动能，因为磁盘16继续旋转主轴电机18，并且因此主轴电机18能够被转换成用于向控制电路系统22供电的电力发电机并执行关机操作(诸如在将磁头20卸载至斜坡上之前，完成至磁盘16的当前写入操作)。在一个实施例中，主轴电机18可以在电源电压Vpwr 62降至阈值以下(例如，由于电力故障或其它电力瞬态事件造成)时，通过向电源电压Vpwr 62供应电流来生成电力。图4A是根据一个实施例的流程图，其中基于下式生成用于驱动主轴电机的绕组的周期性驱动电压Vd(框64)并在正常操作期间旋转磁盘：其中，|Vd|表示周期性驱动电压的振幅，ωecyc表示旋转频率(在电循环中)，表示对应于绕组的相位的相位偏移，以及φT表示将加速力施加至主轴电机的相位偏移。当在框66处电源电压Vpwr 62降至阈值以下时(例如，在电力故障期间)，基于下式生成周期性驱动电压Vd(框68)：其中，φPO表示操作以制动主轴电机的相位偏移。还基于相位偏移φPO减小周期性驱动电压的振幅|Vd|，这使得主轴电机的绕组向电源电压Vpwr 62供应电流。在图4A的实施例中，基于数模转换器(DAC)值配置周期性驱动电压|Vd|的振幅。例如，可以基于下式配置周期性驱动电压|Vd|的振幅(框72)：C2·Vpwr·DAC％其中，C2表示标量，以及DAC％表示作为DAC范围的百分比(从0至100％)的DAC值(标量)。在一个实施例中，主轴电机18包括三相主轴电机，使得以上公式中的标量C2可以是在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据存储装置，所述数据存储装置包括：磁盘；主轴电机，所述主轴电机被配置为旋转所述磁盘，其中所述主轴电机包括多个绕组；磁头，其在所述磁盘上方被致动；和控制电路系统，其由电源电压供电，所述控制电路系统被配置为：基于换向序列使所述绕组换向并将周期性驱动电压施加至每个绕组，其中所述周期性驱动电压包括正常操作期间的工作振幅；以及当所述电源电压降至阈值以下时，通过至少将所述周期性驱动电压的相位调整一相位偏移并基于所述相位偏移调整所述周期性驱动电压的所述振幅，将所述主轴电机配置成电力发电机。

【技术特征摘要】
2015.03.25 US 14/668,9401.一种数据存储装置，所述数据存储装置包括：磁盘；主轴电机，所述主轴电机被配置为旋转所述磁盘，其中所述主轴电机包括多个绕组；磁头，其在所述磁盘上方被致动；和控制电路系统，其由电源电压供电，所述控制电路系统被配置为：基于换向序列使所述绕组换向并将周期性驱动电压施加至每个绕组，其中所述周期性驱动电压包括正常操作期间的工作振幅；以及当所述电源电压降至阈值以下时，通过至少将所述周期性驱动电压的相位调整一相位偏移并基于所述相位偏移调整所述周期性驱动电压的所述振幅，将所述主轴电机配置成电力发电机。2.根据权利要求1所述的数据存储装置，其中所述控制电路系统进一步被配置为基于下式调整所述周期性驱动电压的所述振幅： C 1 · | V b o | V p w r _ m i n ( cosφ P O - Lω e c y c o R sinφ P O ) ]]>其中：C1表示标量；|Vbo|表示由所述绕组中的一个生成的正弦反电动势电压即正弦BEMF电压的振幅；L表示所述绕组的电感；ωecyco表示由所述绕组生成的所述正弦BEMF电压的频率；R表示所述绕组的电阻；φPO表示相对于所述正弦BEMF电压的所述相位偏移；以及Vpwr_min表示所述电源电压的最小振幅。3.根据权利要求2所述的数据存储装置，其中，基于下式生成所述周期性驱动电压的振幅：C2·Vpwr·DAC％其中：C2表示标量；Vpwr表示所述电源电压；并且DAC％表示标量。4.根据权利要求3所述的数据存储装置，其中： D A C % = C 1 · | V b o | V p w r _ m i n ( cosφ P O - Lω e c y c o R sinφ P O ) . ]]>5.根据权利要求4所述的数据存储装置，其中所述主轴电机在Vpwr降至Vpwr_min时生成峰值电力。6.根据权利要求5所述的数据存储装置，其中，基于在最坏情况条件下停止所述磁头需要的峰值电力，选择Vpwr_min。7.根据权利要求6所述的数据存储装置，其中，当Vpwr大体上等于Vpwr_min时，所述控制电路系统进一步被配置为降低停止所述磁头时消耗的电力。8.根据权利要求7所述的数据存储装置，其中，当Vpwr大体上等于Vpwr_min时，所述控制电路系统被配置为通过以下方式降低停止所述磁头时消耗的所述电力：降低由被配置为在所述磁盘上方径向致动所述磁头的音圈电机消耗的电力。9.根据权利要求3所述的数据存储装置，其中，所述主轴电机的电力生成效率随着Vpwr上升至Vpwr_min以上而增加。10.根据权利要求9所述的数据存储装置，其中，当通过所述主轴电机供电的负载减小时，Vpwr上升至Vpwr_min以上。11.一种操作数据存储装置的方法，所述方法包括以下步骤：使用包括多个绕组的主轴电机旋转磁盘；在所述磁盘上方致动所述磁头；基于换向序列使所述绕组换向并将周期性驱动电压施加至每个绕组，其中所述周期性驱动电压包括正常操作期间的工作振幅；以及当电源电压降至阈值以下时，通过调整所述周期性驱动电压的相位一相位偏移并至少基于所述相位偏移调整所述周期性驱动电压的所述振幅，将所述主轴电机配置成电力发电机。12.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括基于下式调整所述周期性驱动电压的所述振幅： C 1 · | V b o | V p w r _ m i n ( cosφ P O - Lω e c y c o R sinφ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·T·尼科尔斯，J·J·克劳福特，
申请(专利权)人：西部数据技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US