背景技术
任何计算机系统的一个关键部分都是一个存储数据的设备。计算机系统有许
多不同的地方可用来存储数据。在一个计算机系统中，用于存储大量数据的一个
普通的地方是在一个磁盘驱动器上。一个磁盘驱动器最基本的部分是一个被旋转
的信息存储磁盘、将一个变换器移到该磁盘上各种不同位置的一个传动装置，以
及用于写、读数据到该磁盘和从该磁盘写、读数据的一个电路。磁盘驱动器还包
括用于为数据编码的电路，以便其可被成功地检索和被写到磁盘表面。一个微处
理器控制磁盘驱动器的大部分操作，将数据传回提出要求的计算机，并从一台提
出要求的计算机取出数据，将其存储到磁盘。
该变换器通常被放置在一个小陶瓷块(也称作按空气动力学设计的一个滑动
器)上，以便它在磁盘上飞行。该滑动器以一种与磁盘转换的关系被传递到磁盘
上。大多数滑动器有一个具有空气的表面(ABS)，该表面包括一些轨道和这些
轨道之间的一个空穴。当磁盘旋转(一般的旋转速度是10,000RPM或更高)时，
空气在轨道与磁盘表面之间被拖拉，引起压力，迫使磁头离开磁盘。同时，空气
冲过空穴或具有空气的表面中的低压会产生一个负压区。该负压或吸力抵消了轨
道处产生的压力。滑动器也附着于一个负载弹簧，该负载弹簧在滑动器上产生一
个朝向磁盘表面的力。滑动器上的各种力相互平衡，以便滑动器在磁盘表面上以
一个特殊的所需飞行高度飞行。该飞行高度是磁盘表面与转换的磁头之间的距
离，它通常是空气润滑油膜的厚度。这种膜可消除磁盘旋转过程中因转换的磁头
和磁盘的机械接触而产生的摩擦和磨损。在一些磁盘驱动器中，滑动器通过一层
润滑剂，而不是在磁盘的表面上飞行。
代表数据的信息被存储在存储磁盘的表面上。磁盘驱动器系统读、写被存储
在存储磁盘上的磁道上的信息。当变换器(采取附着于滑动器的读/写头的形式，
位于存储设备的两侧)被准确地定位于存储磁盘表面上被指定的磁道中的一个磁
道上时，变换器读、写存储磁盘上的信息。变换器还被要求移到一个目标磁道。
当存储磁盘转动和读/写头被准确地定位于一个目标磁道上时，该读/写头可以通
过将代表数据的信息写到该存储磁盘上来将数据存储到一个磁道上。同样，通过
将读/写头定位在一个目标磁道上和读取存储在一个存储磁盘上的材料，可以完
成读取该存储磁盘上的数据。为了在不同的磁道上书写和从不同的磁道中读取，
该读/写头在各个磁道上被径向移到一个所选的目标磁道。磁道上的数据被分割
开来或被聚合起来。在一些磁盘驱动器中，磁道是多个同心圆磁道。在其他的磁
盘驱动器中，一个连续的螺旋是在磁盘驱动器的一侧上有一个磁道。磁盘驱动器
中的一个磁盘表面上的每个磁道进一步被划分为许多被称作“扇区”的短弧。伺
服反馈信息用来准确地将变换器头定位到磁道/扇区上。在使用该伺服信息的一
项读或写操作的过程中，传动组件被非常准确地移到所要求的位置并被保持。
传动组件包括许多部分，它们有助于准确地将读/写头保持在合适的位置。有
两种普通类型的传动组件——一个直线传动装置和一个旋转传动装置。该旋转
传动装置包括一个枢轴组件、一个臂、一个音圈套组件和一个磁头万向接头悬挂
组件。该旋转传动组件在枢轴上转动或旋转，以便将变换器头重新定位在一个磁
盘的特殊轨道上。一个悬挂或负载横梁是磁头万向接头悬挂组件的一部分。旋转
传动组件还包括一个主体，该主体包括一个轴杆和轴承，旋转传动组件围绕其旋
转。有一个或多个臂附着于该主体。一个或通常两个磁头万向接头悬挂组件附着
于该臂。
悬挂的一端附着于传动臂组件。变换器头(也称作“读/写头”)被发现附着
于悬挂的另一端。传动臂组件的一端耦合到一个枢轴组件。该枢轴组件又连接到
附着于传动组件的主体上的一个音圈套的一个音圈电机。传动臂组件的另一端附
着于磁头万向接头悬挂组件。该磁头万向接头悬挂组件包括一个万向接头，允许
读/写头定位于、辗滚和跟踪有缺点的存储磁盘表面的外形。磁头万向接头组件
还限制有关存储磁盘的半径和圆周方向的运动。悬挂组件作为传动组件的主体的
一部分被耦合到传动臂组件，传动组件保持枢轴支撑并被耦合到音圈电机。
快速的读/写操作对于硬盘的性能而言至关重要。作为一种机械设备的硬盘驱
动器和作为被伸出悬臂的组件的传动臂可看作是弹簧-质量-阻尼器系统，很容易
按其固有频率的振动。这些振动可能由外部的力所引起，例如，在一项读/写操
作时将读/写头定位于一个目标磁道上的过程中，由锭子电机或音圈电机产生的
一种力所引起。这些谐振频率会影响磁头在该磁道上的精确定位，这将不可避免
地延迟读/写操作。为了满足增多的存储要求必需扩大存储量，而随着硬盘容量
的增加，磁道宽度正在日益减小。在一项读/写操作的过程中，传动臂中最轻微
的振动也会使接近一个邻近磁道的磁头不适当地偏离磁道。这会导致磁道侵蚀和
数据被破坏。每个闭环伺服电机系统都具有一个预定的带宽，其中，该带宽内所
发生的机械谐振将使伺服电机系统的性能退化。传动臂是不必要的机械谐振的一
个关键来源。相应地，大多数伺服电机系统的带宽被设计成使传动臂的谐振发生
在该带宽以外。
传动臂由音圈电机驱动。音圈电机包括移动音圈磁体组件，以便使磁头在旋
转的磁盘上移动。音圈由传动臂的一个扇状尾或超模压(over mould)结构支撑
并在一个磁场中盘旋。通常，与一个双磁体配置的磁场相比，由单个磁体产生的
磁场是分叉的，具有许多偏离的磁力线。单个磁体配置的这种分叉的磁场磁力线
增强了传动臂的倾斜，并激发了传动臂的谐振频率。在带有顶部与底部磁头-万
向接头-组件的一个传动臂的一种弯曲谐振模式中，顶部与底部悬挂组件相互作
异相运动。在顶部磁头-万向接头-组件和线圈的这种弯曲谐振模式中，将与底部
磁头-万向接头-组件和线圈异相180度。在这种情况下，伺服控制器只能控制一
个磁头-万向接头-组件，而另一个磁头-万向接头-组件则与线圈作异相振动。这
意味着只有一个磁头-万向接头-组件是被控制的和稳定的，而另一个磁头-万向
接头-组件则正在振动。当传动臂在一个磁盘最内和最外的部分读取或写数据时，
这个问题会变得更加严重。
传动臂和悬挂物的厚度可以更大一些，以增加弯曲与扭转模式的频率，但是，
较大的块由于增加了臂的转动惯量使传动组件的性能大大退化。惯量的增加将加
大在各数据磁道之间移动变换器的存取时间。然而，增加臂与悬挂厚度的另一个
问题是：它会增加移动音圈电机所必需的电流要求。电流增加会导致磁盘外套内
的热量增加和功率要求增加。
需要一种传动臂，在该传动臂的一个臂弯曲谐振模式中，该传动臂在顶部与
底部磁头-万向接头组件之间产生一个被减少的异相运动，以便为伺服电机系统
提供更好的稳定性。还需要减少在磁盘驱动器的寻道和磁道跟踪操作过程中因传
动臂中的异相运动而产生的变换器头/滑动器偏离磁道的运动。
关于较佳实施例的描述
在以下对较佳实施例的详细描述中，参考了构成其一部分的附图，其中，以
插图说明的方式表现了可在其中实践本发明的特殊的实施例。不言而喻，在不脱
离本发明范围的前提下，可以采用其他的实施例和进行结构变化。
该申请中所描述的发明对于具有旋转或直线活动的所有机械构造的磁盘驱动
器都有用。此外，本发明对于所有类型的磁盘驱动器，包括硬盘驱动器、zip(一
种程序压缩的档案文件格式)驱动器、软盘驱动器和需要从一个表面卸下变换器
与停放变换器的任何其他类型的驱动器也有用。
图1是一种具有一个旋转传动装置的磁盘驱动器100的分解视图。磁盘驱动
器100包括一个外壳或一个基片112，以及一个盖子114。基片112和盖子114
构成一个磁盘外套。一个惯量环500附着于盖子114。一个传动组件120旋转地
附着于一个传动轴杆118上的基片112。传动组件120包括一个梳状结构122，
该结构122具有多个传动臂123。负载横梁或负载弹簧124附着于梳状结构122
上分开的臂123。负载横梁或负载弹簧也称作“悬挂”。带有一个磁性变换器150
的一个滑动器126附着于每个负载弹簧124的末端。具有变换器150的滑动器126
就构成了已多次被称的磁头。具有负载弹簧124的磁头经常被称作“磁头万向接
头组件”。应该注意，许多滑动器拥有一个变换器150，这就是图中所示的。还
应该注意，本发明同样可应用于拥有不只一个变换器的滑动器，例如，所谓的一
个MR或磁阻磁头，其中，一个变换器150通常用于读取，另一个变换器则通常
用于书写。负载弹簧124和滑动器126对面的传动臂组件120的末端上有一个音
圈128。
第一个磁体130和第二个磁体131附着于基片112内。如图1所示，第二个
磁体131与盖子114有联系。第一与第二个磁体130、131，以及音圈128是一个
音圈电机的关键部分，音圈电机对传动组件120施加一个力，使其围绕传动轴杆
118旋转。一个锭子电机也被安装到基片112。该锭子电机包括一个称作“锭子
轴心133”的旋转部件。在这个特殊的磁盘驱动器中，锭子电机位于轴心内部。
在图1中，许多磁盘134附着于锭子轴心133。每个磁盘134有一个记录表面135。
为清楚起见，只有一个磁盘134被编号。在其他磁盘驱动器中，单个磁盘或许多
不同的磁盘可能附着于轴心。这里描述的发明同样可应用于拥有多个磁盘的磁盘
驱动器和拥有单个磁盘的磁盘驱动器。这里描述的发明也同样可应用于具有锭子
电机的磁盘驱动器(位于轴心133内部或底下)。
现在参考图2，该图表现了在一个最初设计的传动臂123的第一种谐振模式
中顶部与底部磁头万向接头组件210和220之间所产生的一个异相运动230的示
意图200。如图2所示，顶部与底部磁头悬挂组件210和220耦合到图1所示的
磁盘驱动器100的传动臂123。关于磁盘驱动器100的旋转的磁盘134，磁头悬
挂组件210、220和传动臂123是驱使开动的关系。在一些实施例中，磁盘驱动
器可以包括一个或多个传动臂，一个或多个传动臂123中的每个传动臂可以包括
一个或多个磁头悬挂组件210和220。
最初设计的传动臂123第一种弯曲与扭转谐振模式形状一般由其被分布的弹
簧块结构来确定。如图2所示，传动臂123第一种弯曲与扭转谐振模式在z方向
上受到一个偏压力240(由负载弹簧250施加到磁头万向接头组件210和220)
和来自空气轴承的一个提升力的限制。然而，如图2所示，沿传动臂轴方向230
的第一种谐振模式没有被限制。如图2所示，由于最初设计的传动臂123的弹簧
块分布的本质，第一个谐振模式在磁头万向接头组件210与220之间产生一个异
相运动。出于同样的原因，顶部磁头万向接头组件210之间的相对相位关系可以
是有关于底部磁头万向接头组件220与音圈电机的相位关系的180度异相。传动
臂123的第一种谐振模式中产生的这种异相运动提出了在磁道跟踪和寻道操作过
程中对传动臂运动的伺服控制方面的一个问题。在传动臂123弯曲谐振模式中，
两个磁头万向接头组件210和220中只有一个将与伺服控制器的控制线圈同相振
动，而另一个磁头万向接头组件将与该线圈异相振动。这意味着只有一个磁头万
向接头组件是稳定和可控制的(看作由伺服控制系统的同相增加)，而另一个磁
头则与该线圈异相谐振，是不可控制的(看作由伺服系统的同相下降)。顶部与
底部磁头万向接头组件210与220之间的这种异相运动会导致顶部与底部磁头万
向接头组件210与220之间的转换运动230。这些转换运动230在磁盘134的绝
大多数位置会变得很剧烈，从而会导致在磁道跟踪和寻道操作过程中的传动臂中
发生偏离磁道的运动。如果控制环中的相位不足，则伺服控制器可能无法弥补这
种偏离磁道的运动。
现在参考图3，该图表现了一个限定的元件力反应模型，该模型表现了节点
310周围非对称的张力能量，该能量导致了图2所示的顶部与底部磁头-万向接头
-组件之间的异相差。每个节点310具有最大的时间平均张力能量的一点和被提
高的张力能量的一个周围区域。这种不对称会影响图1所示的磁盘驱动器100的
磁道跟踪和寻道的性能。限定的元件建模(例如，图3所示的一个)被用于检验
在第一种谐振弯曲模式中最初设计的传动臂123中张力能量的对称。图3所示的
最初设计的传动臂123显示在第一种弯曲与扭转谐振模式中节点310(高非对称
压力集中区域)周围的高非对称张力能量分布，该分布导致了传动臂123中的抗
对称弯曲。从参数化的限定元件模型中获得的频率响应功能显示节点310周围的
非对称的张力能量，该能量导致了顶部与底部磁头-万向接头-组件之间的异相
差。
臂300有一个沿其长度173的中心轴172。该长度由一个严格固定的近侧端
点160、一个倾向于侧面干扰的在末端的端点150和端点之间的一个中点155来
确定。轴172将左侧181与右侧182分割开来。大致来说，每个点代表包含该点
的一个单元中的大量能量，以便点集合在数量上和质量上表示一个能量集合。仔
细观察图3，将会发现左侧181拥有的点比右侧182多，这正确地表示左侧拥有
的总张力能量比右侧182多。相应地，将通过剪切如等高线187所示的一个被延
长的槽口来移去左侧181的一个部分。图3和图4充分表现了要测量的槽口420。
有利的是，在末端的一端150离槽口420比离每侧的最高能量节点310更近。
现在参考图4，该图表现了包括一个侧凹槽420的一个传动臂410，以减少磁
盘驱动器100的图2所示的顶部与底部磁头万向接头组件210与220中的异相运
动。在一些实施例中，侧凹槽420主要位于图3所示的非对称的压力集中区域310
附近。在这些实施例中，侧凹槽420位于传动臂410的一侧430上。另外，在这
些实施例中，侧凹槽420主要位于传动臂410的中间和一侧430。如图4所示，
可以通过用机器加工传动臂410的一侧430以移去传动臂410材料的一个部分来
建立侧凹槽420。在一些实施例中，侧凹槽420是半圆的形状。只要有助于在一
项大量制造操作中生产一种可行的传动臂410并同时可减少顶部与底部磁头万向
接头组件210和220之间的异相运动，侧凹槽420的尺寸和形状可以任意。
图5表现了有关于按频率999被绘制的初始传动装置300(在对本发明的修
改之前)的功能。这些功能包括第一个磁头的521(用分贝表示的数量520)和
511(用度表示的相位510)，以及第二个磁头的类似的频率响应功能522和512。
注意，这些磁头展示了一个很大的相位差530，在相关频率范围599内，由相位
功能511、512之间的区域596特别注释。
图6表现了根据本发明的修改之后的传动臂300的频率响应功能。功能611
和621与图5的第一个磁头对应，功能612和622与图5的第二个磁头对应。注
意，虽然相位差630在一些频率处可能会被稍加扩大，但是，在有关的频率范围
内，相位功能611、612之间的区域明显变小。
表现实际测量法的图5和图6展示了顶部与底部磁头万向接头组件比如210
和220之间的异相关系(顶部磁头万向接头组件210的抗谐振效果)因考虑到除
去的材料而大大减少。特别是，传动臂410中的凹槽420使平均相位差596减小。
图7是流程图，展示了一种方法，该方法可减少在图2所示的一个传动臂的
一种弯曲谐振模式中的顶部与底部磁头-万向接头组件中的异相运动。在图7所
示的这个示范实施例中，方法700从步骤710开始。步骤710是：确定在第一种
谐振弯曲模式中的一个传动臂中所产生的非对称的张力能量分布，该谐振弯曲模
式在附着于传动臂的顶部与底部磁头万向接头组件中引起一个异相运动。第一种
谐振模式可以是该传动臂的第一种弯曲与扭转谐振模式。在一些实施例中，在第
一种谐振模式中产生的非对称的张力能量利用一个参数化的精细元件反应模型
来被确定。
步骤720包括：改变传动臂的一个弹簧块结构，以减小非对称的张力能量，
从而在传动臂的臂弯曲第一种谐振模式中，顶部与底部磁头万向接头组件之间的
异相运动被减少。此外，改变传动臂的一个弹簧块结构，以减少在一个磁盘驱动
器的磁道跟踪和寻道操作的过程中传动臂中的第一种谐振模式所引起的磁头万
向接头组件偏离磁道的运动。在一些实施例中，传动臂的弹簧块结构的改变包括：
移去传动臂材料的一个部分，以减少顶部与底部磁头万向接头组件之间的异相运
动。移去传动臂材料可以包括移去传动臂的一个高压集中区域周围的材料。在一
些实施例中，凹槽建立在传动臂的一侧上和该高压集中区域的周围，以便减少顶
部与底部磁头万向接头组件之间的异相运动，从而改善在磁道跟踪和寻道操作过
程中的磁盘驱动器的性能。在一些实施例中，凹槽用机器建立在传动臂的一侧上
和该高压集中区域的周围，以便减少顶部与底部磁头万向接头组件之间的异相运
动，从而改善在磁道跟踪和寻道操作过程中的磁盘驱动器的性能。在一些实施例
中，建立在传动臂一侧上的凹槽的形状可以是半圆。
图8是一种计算机系统的示意性视图。有利的是，本发明很适合在一个计算
机系统800中使用。计算机系统800也可以被称作“一个电子系统”或“一个信
息处理系统”，它包括一个中央处理器、一个存储器和一条系统总线。该信息处
理系统包括一个中央处理器804、一个随机存取存储器832和用于以通讯联络的
方式将中央处理器504与随机存取存储器832耦合起来的一条系统总线830。该
信息处理系统802也可以包括一条输入/输出总线810和几个外围设备，例如，
812、814、818、818、820、和822可以附着于输入输出总线810。外围设备可以
包括硬盘驱动器、磁光驱动器、软盘驱动器、监视器、键盘和其他这类外围设备。
任何类型的磁盘驱动器可以包括如上所述的一个改善的传动臂。
图9展示了本发明的一种较佳的方法，包括步骤905~990。该臂用一个参数
化的限定元件力反应模型来模仿910，以估计所设计的传动装置的许多部分(单
元)的每个部分中的一个张力能量。然后，这些单元被分配915进该臂的“左侧”
和“右侧”。接下来，这些单元中张力能量的总数被分配到其各自的侧边，计算
L和R 920，作为分别对左、右两侧的总张力能量的估计。如果L-R大于零925，
则“第一侧”将是左侧934；否则，“第一侧”将是右侧936。接下来，通过修
改该力反应模型，以移去具有许多单元的第一侧的一个部分，来改变所设计的传
动装置940。如果L和R有新的值945以便L-R的数量不被减少955，则再次修
改传动装置的设计960。例如，这可能会涉及返回965去重复步骤940(移去较
少部分)，然后重复步骤945和955。有了步骤940中的一个十分小的减少，将
几乎总可以利用这种较佳方法来改善性能。
一旦获得一个减小的|L-R|，就可通过用机器加工一种金属结构以仿造修改
过的传动装置970，来构造一个原型970。一般而言，将看见这会改善相位特征，
该改善在步骤975中得到检验。然后，该原型被复制构造成类似于原型的传动装
置的一个生产版。最后，该生产版被装配成磁盘驱动器985。
并非本发明的所有实施例都要求使用一个力反应模型。例如，图9的方法的
步骤910~970可以由一种更加简陋的方法来代替，后种方法是：响应于一个臂的
第一和第二个块展示了一个有疑问的非零相位差的这样一个确定，通过从一个初
始臂的设计的一个原型中移走或移去材料，来修改第一侧。如上所指出的，从第
一侧移去一个十分小的数量的材料将几乎总能改善一个传动臂的弹簧块结构。
换句话说，作为特征，本发明的第一个实施例是制作磁盘驱动器的一种方法。
一个传动臂300最初被设计成具有一个弹簧块结构，该结构的特征是具有臂300
的第一和第二个块210、220之间的一个初始(变化或非零)相位差530的一个
振动模式215。对于大约50~500Hz或更大的某个“相关频率范围”599而言，本
方法通常将该相位差的大小从一个初始值530(一项频率功能)减小到一个修改
过的值630(也是一项频率功能)。更特别的是，相关频率范围中的这些值530、
630的频率平均大小将使修改过的臂具有一个较低的频率平均数量。用图表来表
示，这是显而易见的，因为图5的相位曲线511、512之间的区域596大大大于
图6的相位曲线611、612之间的区域696。(应该理解，图5的频率平均数量可
以作为由频率范围599划分的区域596来获得。)在所描绘的例子中，修改过的
相位差630的频率平均数量比有关范围599内的初始相位差530的频率平均数量
大约小45~450度。
第二个实施例是一个磁盘驱动器100，它包括一个外壳112和可围绕该外壳
内的一个中心轴旋转的两个或多个磁盘134。该两个或多个磁盘134还包括在磁
盘两侧上有磁道136的记录表面135。该磁盘驱动器还包括一个音圈电机和一个
传动臂123。该音圈电机被安装在外壳112内。传动臂123的一端耦合到该音圈
电机，该传动臂的另一端耦合到顶部与底部磁头万向接头组件210和220，以便
读/写存储在两个或多个可旋转的磁盘134的磁道136上的信息。传动臂123有
一个侧凹槽420，以减少在传动臂123的第一种谐振模式中的顶部与底部磁头万
向接头组件210和220之间所产生的异相运动。该侧凹槽420位于传动臂123的
一侧430上，以便通过在传动臂123中分布弹簧块结构来减少传动臂123中非对
称的张力能量(在一种弯曲与扭转谐振模式中发展起来)，从而减少顶部与底部
磁头万向接头组件210和220中的异相运动。
第三个实施例是一种方法700，该方法减少在一个传动臂的第一种谐振模式
中的顶部与底部磁头万向接头组件中的异相运动，从而减少在一个磁盘驱动器的
磁道跟踪和寻道操作过程中的一个传动臂中偏离磁道的运动。该方法从步骤710
开始。该步骤是：确定在第一种谐振模式中的传动臂中所产生的一个非对称的张
力能量分布，这引起顶部与底部磁头万向接头组件之间的异相运动。顶部与底部
磁头万向接头组件之间的异相运动。然后，该方法包括步骤720。该步骤是：改
变传动臂的弹簧块结构，以改变传动臂中非对称的张力能量，以便减少顶部与底
部磁头万向接头组件中的异相运动，从而减少在该磁盘驱动器的磁道跟踪和寻道
操作过程中的传动臂中偏离磁道的运动。
不言而喻，以上的描述意在起说明的作用，而非起限制性的作用。查看以上
描述后，该领域的技术人员将了解许多其他的实施例。例如，具有除第二个磁头
万向接头组件以外的其他块的传动臂可能也会遭遇异相运动，该异相运动根据本
发明可以被减少。所以，应该参考所附的权利要求和被授予这些权利要求的全部
范围的同等物，来确定本发明的范围。