Минулого разу ми розібралися з конструкцією магнітної головки та магнітного диска. Сьогодні поговоримо про їх взаємодії та переміщення.
Під час запису, магнітна головка переміщається вздовж диска (точніше сказати диск переміщається вздовж головки), внаслідок чого на поверхні магнітного диска залишається так званий «магнітний слід» (науково: доріжка). Він є набір невеликих ділянок поверхні, намагнічених у взаємно протилежних напрямках (рис.1). Намагніченість в одному напрямку сприймається як логічна «1», в іншому - "0". Ширина доріжки дорівнює ширині робочого зазору магнітної головки (але реально він звичайно трохи ширший, оскільки магнітне поле зазору поширюється на всі 360 градусів, та ще і зазор знаходиться на певній відстані від поверхні диска). Довжина ділянки доріжки (намагніченого в одному напрямі) визначається довжиною робочого зазору (тобто товщиною вкладиша у зазорі магнітопроводу) і часом, протягом якого через котушку записуючої головки проходить імпульс струму однієї полярності. На рис 1 показано теоретичне розташування даних, а на рис. 2 - реальне, отримане в результаті розсіювання магнітного поля.
рис. 2
Оскільки диск круглий, то і доріжки розміщуються на поверхні диска концентричними кільцями, на відміну від спіралі (прийнятої в пристроях CD, DVD, грам.пластинках). Відстань між сусідніми доріжками (тобто кільцями) становить приблизно третина ширини доріжки.
Ширіна робочого зазору зчитуючої головки, як правило, виконується трохи менше ширини доріжки. Це дозволяє їй легше потрапити в центр доріжки та позбудеться наведень від сусідніх. Виняток становлять універсальні головки, які є як зчитуючими, так і записуючими. Але в останнім часом вони зазвичай не застосовуються.
Сервоприводом зазвичай називають пристрій, за допомогою якого можна дистанційно змінювати розташування тіла у просторі згідно заданим координатам. Сервопривід дозволяє розмістити магнітну головку над поверхня диска в заданій точці з дуже високою точністю.
Конструкція одних із перших сервоприводів представляє собою передачу "шестірня-рейка". Принцип роботи добре видно на рис. 3. Обертання шестерні 4 крокового двигуна 3 переміщує зубчасту рейку 5, яка у свою чергу переміщає позиціонер 6, на якому встановлені магнітні головки 2. 1 - магнітний диск. Ця конструкція отримала назва «лінійна», оскільки головка здійснює рух по одній лінії, спрямованої у вісь обертання та перпендикулярною їй.
Рис 3.
Це була найпростіша конструкція. Один крок двигуна переміщує головку на строго фіксовану відстань (тобто на сусідню доріжку). Але як завжди, простота має свої недоліки. І тут вони суттєві. При зміні лінійних розмірів диска (в внаслідок нагрівання) доріжки зміщуються в бік, і потрапити на середину доріжки стає неможливо. Зменшення кроку двигуна в кілька разів суттєво підвищує вимоги то презензійної механіки, а теплові деформації та зазори в механіці підвищують складність і вартість конструкції. Через це крокові двигуни зараз можна зустріти в основному тільки в пристроях з малою щільністю запису (наприклад у дисководах).
Ще однією спробою збільшити щільність запису і точність позиціонування було використання безколекторного синхронного двигуна з пиводом на гвинт-гайка. В такій конструкції можна більш точно перемістити каретку з головками, зникає фізичний крок, але залишається люфт, який важко враховувати, при переміщеннях туди-сюди, а також обмеження швидкості на переміщення каретки з однієї частини в іншу. Така система знайшла широке застосування у CD/DVD дисках.
Черговим кроком еволюції стало застосування електромагнітної системи на основі постійного магніту і елктромагніту. З її допомогою стало можливим плавно переміщувати голівку вздовж диска за рахунок зміни струму через котушку. Це дозволило забезпечити плавне переміщення, без кроків і компенсувати зміну лінійних розмірів диска внаслідок зміни температури Але така конструкція стала менш стійкою та найменші вібрації призводили до неконтрольованих коливань системи
Незабаром цю конструкцію модернізували та зробили позиціонер поворотним. Ця конструкція отримала назву «ротаційна» (від англійської rotate - Повертати). Механізм із поворотним позиціонером дозволяв значно точніше і надійніше утримувати головку в потрібному місці. Для повороту також використовувався електромагніт. На рис. 4 представлена конструкція НЖМД з поворотним позиціонером: 1 – головка; 2 – позиціонер; 3 – постійний магніт; 4 – електромагніт (його ще називають соленоїдом, так як витки котушки розташовані в одному шарі). У народі електромагніт у цьому типі сервоприводу отримав назву «звукова котушка», так як конструкція, та й принцип роботи, нагадує конструкцію звуковий котушки звичайного електромагнітного динаміка. Саме цей вузол НЖМД під час роботи створює звук, схожий на шарудіння, а іноді й писк. Також, характерний звук переміщення головок нагадував роботу гвинтівки Winchester і ця назва міцно закріпилась за НЖМД і поширилась на весь світ.
рис 4
На плечі приводу магнітних дисків лягає не менш важке завдання, ніж на сервопривід магнітних головок. Привід має забезпечити високу швидкість обертання шпинделя (валу, ротора – кому як зрозуміліше) двигуна, при цьому потрібно забезпечити високу стабільність обертання шпинделя за один оборот (тобто не повинно бути ривків). Наявність вібрацій та биття шпинделя різко знижує oskmyscnm запису. Привід також має забезпечити швидке розкручування дисків до номінальної швидкості, щоб мінімізувати час контакту магнітних головок та дисків. Ну і до того ж, привід повинен займати мінімальний обсяг, виділяти мінімум тепла і бути якомога більш «тихим». Поєднання всіх названих факторів в одному пристрої складає велику проблему. Поліпшення одних параметрів, що зазвичай призводить до погіршення інших, тут важливо знайти якийсь баланс усіх параметрів.
Більшість вищезазначених вимог лягають на місце стику рухомих та нерухомих частин приводу – на підшипники. Як ви знаєте, підшипники бувають двох основних типів – ковзання та кочення.
Підшипники ковзання є нерухомим корпус (статор) та протягнутий через нього вал (ротор). Діаметри валу та отвори підганяються дуже точно, внаслідок чого биття практично відсутні. Простір між валом та отвором заповнюється в'язким змащувальним матеріалом, для зменшення тертя між ними.
Принцип роботи такого підшипника простий. При обертанні валу змащувальний матеріал створює тонку плівку довкола нього. Вал «підбирається» і ковзає нею. На превеликий жаль, змащувальний матеріал має властивість висихати, внаслідок чого починається інтенсивний знос валу та отвори в наслідку «сухого» тертя. Тому підшипники ковзання вимагають постійної підживлення рідким маслом, що й обмежує їх застосування в герметичних необслуговуваних механізмах.
Найбільшого поширення набули…
Конструктивно підшипники кочення схожі на підшипники ковзання, з тією різницею, що між отвором і валом є ще одне тіло - кулька (або ролик, в роликопідшипники). Цей тип підшипника має на кілька порядків більшу довговічність (у процесі боротьби з шумом вентиляторів, багато хто напевно переконався в цьому). Але у шарикопідшипників є і недоліки – це присутність биття (навіть у нових) та вищий рівень вібрації і як наслідок - шуму. Основна вина в цьому лежить на неідеальній формі кульки та поверхні кочення. Незважаючи на це, підшипники кочення отримали досить широке поширення, і використовувалися в тому числі і в НЖМД ще кілька років тому (у наші дні ще можна знайти велику кількість НЖМД з цим типом підшипників).
Як завжди, комусь здалося мало та інженери вирішили повернуться до підшипників ковзання. Після довгих розробок на світ з'явився новий тип підшипників...
Гідродинамічний (або як його ще називають - рідинний) підшипник по своєї конструкції дуже нагадує підшипник ковзання. Невелика різниця в тому, що гідродинамічний виготовляють з набагато вищою точністю, у ньому використовується спеціальне в'язке масло та конструкція не допускає його витікання за межі підшипника. Ці фактори суттєво підвищують вартість виробів, в яких використано цей тип підшипників.
Так у чому перевага гідродинамічних підшипників? На відміну від підшипників кочення, простір між валом та отвором заповнено однорідною в'язкою рідиною. В результаті цього відсутня вібрація, яку створюють кульки у підшипниках кочення. Крім того, поглинаються й інші види вібрації (наприклад, від взаємодії змінного струму котушки та магніту двигуна). Завдяки тому що тертя практично відсутнє (теоретично повністю, але в реальному житті...), значно зменшується знос (різко підвищується довговічність) і на кілька порядків зменшується тепловиділення викликане тертям. А герметичність вузла перешкоджає висиханню та витіканню змащувального матеріалу.
Так, з підшипниками розібралися. Тепер розберемося з розміщенням самого приводу. Зазвичай привід розміщується частково під і частково всередині магнітних дисків (рис. 5). Таке розміщення дозволяє значно заощадити дороге місце завдяки зменшенню висоти корпусу НЖМД. З рис. 5 видно, що магнітні диски встановлюються прямо на шпинделі приводу, що як і говорилося раніше, накладає жорсткі вимоги до биття та вібрації приводу.
Рис 5.
З електричної точки зору, привід є двигуном змінного струму - безколекторним синхронним двигуном. Конструктивно у ньому міститься кілька обмоток, які при правильній взаємодії магнітними полями, здатні швидко розкручувати шпиндель разом із диском до робочої швидкості та утримувати її. Живлення обмоток виконує спеціалізована мікросхема – драйвер двигуна
Стандартними швидкостями обертання шпинделя зазвичай вважаються: 4200, 5400, 7200, 10000 та 15000 оборотів за хвилину (об/хв). Останні дві швидкості ще тільки починають набувати широкого поширення, тоді як нормою на сьогоднішній день є 5400 в енергоефективних і 7200 об/хв у високопродуктивних версіях
Перелік частин:
В недрах жестких дисков. Частина 1. Магнітні диски та головки
В недрах жестких дисков. Частина 2. Сервопривід магнітної головки та привід дисків
В недрах жестких дисков. Частина 3. Зворотній зв'язок та діагностика через SMART
В недрах жестких дисков. Частина 4. Інтерфейси підключення
В недрах жестких дисков. Частина 5. Перспективні методи запису інформації
Опубліковано:
Оновленно: 17.10.2023
 |
Serhii K Home Page © 2003-2024 |  |