磁盤驅(qū)動器通過相對溫度評估電流預(yù)測主軸電機(jī)故障的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及磁盤驅(qū)動器通過相對溫度評估電流預(yù)測主軸電機(jī)故障。公開了一種磁盤驅(qū)動器，其包括在磁盤上方被致動的磁頭和可操作用于旋轉(zhuǎn)磁盤的主軸電機(jī)。基線關(guān)系在主軸電機(jī)的基準(zhǔn)電流和溫度范圍之間生成。主軸電機(jī)的工作電流被測量，并且對應(yīng)的工作溫度被測量。主軸電機(jī)的故障基于工作電流、工作溫度和基線關(guān)系來預(yù)測。
【專利說明】磁盤驅(qū)動器通過相對溫度評估電流預(yù)測主軸電機(jī)故障
【背景技術(shù)】
[0001]磁盤驅(qū)動器包括通過主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)的磁盤以及連接到致動器臂末端的磁頭，致動器臂通過音圈電機(jī)(VCM)繞樞軸旋轉(zhuǎn)將磁頭徑向定位在磁盤上方。該磁盤包括用于記錄用戶數(shù)據(jù)扇區(qū)和嵌入式伺服扇區(qū)的多個徑向間隔的同心磁道。嵌入式伺服扇區(qū)包括磁頭定位信息(例如，磁道地址)，該信息由磁頭讀取并由伺服控制系統(tǒng)處理以在致動器臂逐道尋找時對其進(jìn)行控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的磁盤驅(qū)動器，其包括在磁盤上方致動的磁頭和用于旋轉(zhuǎn)磁盤的主軸電機(jī)。
[0003]圖1C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的流程圖，其中基于主軸電機(jī)的工作電流、工作溫度和主軸電機(jī)的基線電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系預(yù)測主軸電機(jī)的故障。
[0004]圖2示出本發(fā)明的一個實施例，其中在制造過程中通過測量主軸電機(jī)在兩種溫度下的電流、曲線擬合測量結(jié)果和添加偏移以生成故障閾值來生成第一基線關(guān)系。
[0005]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的流程圖，其中在實際部署磁盤驅(qū)動器時，控制電路定期地按序測量主軸電機(jī)的電流和工作溫度，以便基于第一基線關(guān)系預(yù)測主軸電機(jī)的故障。
[0006]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的流程圖，其中在第二工作條件范圍內(nèi)生成主軸電機(jī)的基線電流的第二基線關(guān)系，其中主軸電機(jī)的故障可以基于第一和第二基線關(guān)系預(yù)測。
【具體實施方式】
[0007]圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明實施例的磁盤驅(qū)動器，其包括在磁盤4上方被致動的磁頭2以及可操作用于旋轉(zhuǎn)磁盤4的主軸電機(jī)6。該磁盤驅(qū)動器進(jìn)一步包括可操作用于執(zhí)行圖1C的流程圖的控制電路8，其中生成主軸電機(jī)6的基線電流與溫度范圍的第一基線關(guān)系(方框10)。測量主軸電機(jī)的工作電流和相應(yīng)的工作溫度(方框12)?；诠ぷ麟娏鳌⒐ぷ鳒囟群偷谝换€關(guān)系預(yù)測主軸電機(jī)的故障(方框14)。
[0008]在圖1A的實施例中，磁盤4包括定義多個伺服磁道20的嵌入式伺服扇區(qū)18q-18n，其中數(shù)據(jù)磁道相對伺服磁道被定義(以相同或不同的徑向密度)?？刂齐娐?處理從磁頭2傳出的讀信號22以將伺服扇區(qū)ISc1-1Sn解調(diào)成估算的位置。從參考位置減去估算的位置以生成位置誤差信號(PES)，其代表磁頭的實際位置和相對目標(biāo)磁道的目標(biāo)位置之間的誤差。使用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償濾波器濾波PES以生成應(yīng)用于音圈電機(jī)(VCM)26的控制信號24，音圈電機(jī)(VCM)26使致動器臂28繞樞軸旋轉(zhuǎn)以在磁盤4上方沿減少PES的方向徑向致動磁頭2。伺服扇區(qū)ISc1-1Sn可包括任何適當(dāng)?shù)奈恢眯畔?例如用于粗定位的磁道地址和用來精確定位的伺服脈沖)。伺服脈沖可包括任何適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，例如基于振幅的伺服模?如正交伺服模式)或適當(dāng)?shù)幕谙辔坏乃欧Ｊ健?br> [0009]本發(fā)明的實施例可采用任何適當(dāng)?shù)闹鬏S電機(jī)6。在一個實施例中，主軸電機(jī)6包括其中使用了適當(dāng)?shù)臐櫥瑒?例如，酯油)的流體動態(tài)軸承來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾珠軸承。影響主軸電機(jī)6壽命的重要因素是流體動態(tài)軸承中采用的潤滑劑的壽命。由于氧化和/或旋轉(zhuǎn)期間中心部分(hub)和潤滑劑表面之間的摩擦所引起的金屬污染，潤滑劑將隨著時間的流逝發(fā)生降解。潤滑劑還會自流體動態(tài)軸承泄漏出去，導(dǎo)致中心部分和心軸之間的摩擦增大。
[0010]在一個實施例中，通過監(jiān)視主軸電機(jī)6的電流來檢測由于流體動態(tài)軸承中潤滑劑的降解或泄漏而增大的摩擦。可以使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)監(jiān)視主軸電機(jī)6的電流，其中在一個實施例中，控制電路8包括具有合適的電流檢測器的功率集成電路IC30 (圖1B)，該電流檢測器用于檢測主軸電機(jī)6為維持磁盤4以目標(biāo)速度旋轉(zhuǎn)需要的電流量。在另一個實施例中，反饋控制系統(tǒng)中應(yīng)用于主軸電機(jī)6的控制作用力可以代表主軸電機(jī)6的電流，從而實體的電流檢測器是不必要的。在一個實施例中，主軸電機(jī)6的電流在滑動時窗(runningwindow)上被測量并被平均以有助于從電流測量中過濾噪聲。
[0011]在一個實施例中，主軸電機(jī)的流體動態(tài)軸承中潤滑劑的粘性相對溫度反向變化。結(jié)果，溫度會影響監(jiān)視主軸電機(jī)6的退化時的電流測量結(jié)果。這在圖2中示出，其顯示主軸電機(jī)的電流如何隨著溫度下降(由于流體動態(tài)軸承中潤滑劑粘性增大的原因)而增大的示例。
[0012]在一個實施例中，為了說明溫度對主軸電機(jī)的電流的作用，生成主軸電機(jī)6的基線電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系。在一個實施例中，第一基線關(guān)系在制造過程中實際部署每個磁盤驅(qū)動器之前生成。在實際部署每個磁盤驅(qū)動器時，控制電路8監(jiān)視主軸電機(jī)的電流和相應(yīng)的溫度，并且使用第一基線關(guān)系預(yù)測主軸電機(jī)的故障。例如，在一個實施例中，可通過向主軸電機(jī)6的電流和當(dāng)前溫度之間的第一基線關(guān)系添加適當(dāng)?shù)钠粕砷撝怠Ｈ绻娏鞒^該閾值，控制電路8可預(yù)測主軸電機(jī)6即將發(fā)生的故障。
[0013]在圖2所示的一個實施例中，用于生成主軸電機(jī)電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系的過程通過測量第一溫度(Tl)下的第一基線電流、測量第二溫度(T2)下的第二基線電流以及擬合第一和第二基線電流以繪制曲線來加速執(zhí)行?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)募夹g(shù)來實施本發(fā)明的曲線擬合方面，例如通過調(diào)節(jié)代表電流相對溫度的指數(shù)衰減的適當(dāng)函數(shù)的一個或更多系數(shù)。在另一個實施例中，可以生成多個預(yù)表征曲線，每條曲線代表特定類型的主軸電機(jī)(例如，來自特定出售方)的電流和溫度之間的典型基線關(guān)系。然后，可以通過選擇在第一和第二溫度下最佳擬合第一和第二基線電流測量結(jié)果的預(yù)表征曲線來生成第一基線關(guān)系。
[0014]圖2還示出通過向主軸電機(jī)電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系添加適當(dāng)?shù)钠苼砩晒收祥撝档膶嵤├?。在一個實施例中，該故障閾值可在實際部署磁盤驅(qū)動器之后通過控制電路8動態(tài)生成。在另一個實施例中，圖2示出的故障閾值曲線可在制造期間使用每個磁盤驅(qū)動器存儲，因而排除了控制電路8計算閾值的需要。
[0015]在本發(fā)明的其他實施例中，控制電路8可使用不同的技術(shù)預(yù)測主軸電機(jī)6即將發(fā)生的故障。例如，控制電路8可基于主軸電機(jī)電流相對第一基線關(guān)系和當(dāng)前溫度的導(dǎo)數(shù)檢測即將發(fā)生的故障。例如，如果主軸電機(jī)6的電流快速增加，這可能表明潤滑劑正從流體動態(tài)軸承泄漏，并且因此主軸電機(jī)6更可能即將發(fā)生故障。
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實施例的流程圖，其示出對主軸電機(jī)6的故障預(yù)測的綜述。在每個磁盤驅(qū)動器的制造過程期間生成主軸電機(jī)電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系(方框32)。向第一基線關(guān)系添加偏移以生成相應(yīng)基線閾值的陣列(方框34)。在實際部署磁盤驅(qū)動器之后(方框36 )，控制電路8定期執(zhí)行主軸電機(jī)電流的采樣(方框38 )。測量主軸電機(jī)電流和相應(yīng)的溫度(方框40)，并且通過使用當(dāng)前溫度對基線閾值陣列進(jìn)行索引來生成相應(yīng)的閾值(方框42 )。如果主軸電機(jī)電流超過該閾值(方框44 )，則控制電路8預(yù)測主軸電機(jī)的即將發(fā)生的故障(方框46)并采取適當(dāng)?shù)拇胧?例如，警告主機(jī)即將發(fā)生的故障)。在磁盤驅(qū)動器壽命期間控制電路8以任何適當(dāng)?shù)拈g隔定期重復(fù)圖3的流程圖，其中該間隔可以隨時間降低以增大采樣頻率。在一個實施例中，隨著主軸電機(jī)電流接近故障閾值，控制電路8可以增大采樣頻率以有助于確保即將發(fā)生的故障條件先于實際的突然故障被預(yù)測到。
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的流程圖，其為圖3的流程圖的擴(kuò)展。在該實施例中，除溫度外的一個或更多工作條件可影響主軸電機(jī)電流。因此，在該實施例中，第二基線關(guān)系在主軸電機(jī)的基線電流的制造過程期間在第二工作條件范圍內(nèi)生成(方框48 )。任意個不同的工作條件可影響主軸電機(jī)電流，例如濕度、高度、壓力、主軸電機(jī)速度、磁盤驅(qū)動器的取向(例如直立水平、反向水平、垂直等)、磁頭在磁盤上的徑向位置(例如，外徑位置對內(nèi)徑位置)或者磁頭是卸載到斜坡上還是裝載到磁盤上(磁頭的裝載/卸載條件)。然后，基于主軸電機(jī)電流與溫度以及影響電流的其他工作條件之間的基線關(guān)系生成基線閾值的多維陣列。當(dāng)采樣間隔期滿(方框38)，而實際部署磁盤驅(qū)動器時，測量主軸電機(jī)電流和相應(yīng)的溫度(方框40)，并且測量至少一項工作條件(方框52)。通過使用當(dāng)前溫度和至少一個工作條件索弓I基線閾值的多維陣列來生成閾值(方框54 )。如果主軸電機(jī)電流超過閾值(方框44 )，則控制電路8預(yù)測主軸電機(jī)的即將發(fā)生的故障(方框46)并采取適當(dāng)?shù)膭幼鳌?br> [0018]可以使用任何適當(dāng)?shù)目刂齐娐?例如，任何適當(dāng)?shù)囊粋€或更多集成電路)實施本發(fā)明的實施例的流程圖。例如，控制電路可在讀取通道集成電路內(nèi)或者在獨立于讀取通道的組件(例如磁盤控制器)內(nèi)實施，或者上述某些操作可通過讀取通道執(zhí)行而其他操作通過磁盤控制器執(zhí)行。在一個實施例中，讀取通道和磁盤控制器作為獨立集成電路實施，并且在可替換的實施例中，它們被裝配到單個集成電路或片上系統(tǒng)(S0C)中。此外，控制電路包括適當(dāng)?shù)那爸梅糯笃麟娐?，其作為獨立的集成電路集成到讀取通道或磁盤控制器電路中，或者集成到SOC中。
[0019]在一個實施例中，控制電路包括執(zhí)行指令的微處理器，這些指令可操作用于引起微處理器執(zhí)行本文所述的流程圖。這些指令可存儲在任何計算機(jī)可讀介質(zhì)中。在一個實施例中，可以將這些指令存儲在微處理器之外的非易失性半導(dǎo)體存儲器上，或者與微處理器一起集成到SOC中。在另一實施例中，當(dāng)磁盤驅(qū)動器接通電源時，這些指令存儲在磁盤上并被讀取到易失性半導(dǎo)體存儲器中。在又一實施例中，控制電路包括適當(dāng)?shù)倪壿嬰娐?例如，狀態(tài)機(jī)電路)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁盤驅(qū)動器，其包括: 磁盤； 在所述磁盤上方被致動的磁頭； 可操作用于旋轉(zhuǎn)所述磁盤的主軸電機(jī)；以及 控制電路，其可操作用于: 生成所述主軸電機(jī)的基線電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系； 測量所述主軸電機(jī)的工作電流和相應(yīng)的工作溫度；以及 基于所述工作電流、所述工作溫度和所述第一基線關(guān)系預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路進(jìn)一步可操作用于: 生成相對所述第一基線關(guān)系中對應(yīng)于所述工作溫度的基線電流的閾值；以及 當(dāng)所述工作電流超過所述閾值時預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路進(jìn)一步可操作用于通過向與所述第一基線關(guān)系中的工作溫度對應(yīng)的基線電流添加偏移生成所述閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路進(jìn)一步可操作用于通過以下方式生成所述第一基線關(guān)系: 在第一溫度下測量第一基線電流； 在第二溫度下測量第二基線電流；以及 將所述第一和第二基線電流擬合成曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可操作用于: 在制造過程期間測量所述第一和第二基線電流；以及 測量實際部署磁盤驅(qū)動器時的工作電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可操作用于在磁盤驅(qū)動器壽命期間，定期測量所述主軸電機(jī)的所述工作電流和對應(yīng)的工作溫度，并預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述控制電路可操作用于: 生成所述主軸電機(jī)的所述基線電流在第二工作條件范圍內(nèi)的第二基線關(guān)系；以及基于所述工作電流、工作溫度、所述第一基線關(guān)系和所述第二基線關(guān)系來預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁盤驅(qū)動器，其中所述工作條件包括濕度、高度、壓力、主軸電機(jī)速度、磁盤驅(qū)動器的取向、磁頭在磁盤上的徑向位置以及磁頭的卸載/裝載條件中的至少一個。
9.一種操作磁盤驅(qū)動器的方法，所述磁盤驅(qū)動器包括在磁盤上方致動的磁頭以及可操作用于旋轉(zhuǎn)所述磁盤的主軸電機(jī)，該方法包括: 生成所述主軸電機(jī)的基線電流在溫度范圍內(nèi)的第一基線關(guān)系； 測量主軸電機(jī)的工作電流和對應(yīng)的工作溫度；以及 基于所述工作電流、工作溫度和所述第一基線關(guān)系預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括: 生成相對所述第一基線關(guān)系中對應(yīng)于所述工作溫度的所述基線電流的閾值；以及 當(dāng)所述工作電流超過所述閾值時預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其進(jìn)一步包括通過向所述第一基線關(guān)系中對應(yīng)于所述工作溫度的所述基線電流添加偏移生成所述閾值。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括通過以下方式生成所述第一基線關(guān)系: 在第一溫度下測量第一基線電流； 在第二溫度下測量第二基線電流；以及 將所述第一和第二基線電流擬合成曲線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其進(jìn)一步包括: 在制造過程期間測量所述第一和第二基線電流；以及 測量實際部署磁盤驅(qū)動器時的工作電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述磁盤驅(qū)動器的壽命內(nèi)定期測量所述主軸電機(jī)的工作電流和對應(yīng)的工作溫度，以及預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括: 生成所述主軸電機(jī)的基線電流在第二工作條件范圍內(nèi)的第二基線關(guān)系；以及基于所述工作電流、所述工作溫度、所述第一基線關(guān)系和第二基線關(guān)系預(yù)測所述主軸電機(jī)的故障。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述工作條件包括濕度、高度、壓力、主軸電機(jī)速度、磁盤驅(qū)動器的取向、磁頭在磁盤上方的徑向位置以及磁頭的卸載/裝載條件中的至 少一個。
【文檔編號】G11B19/04GK103811034SQ201310545679
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月7日
【發(fā)明者】Y·黃, C·紀(jì), D·T·潘, C·L·張 申請人:西部數(shù)據(jù)技術(shù)公司