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采用流体动力轴承电机的驱动器性能更高、噪音更低

时间:2017-07-18  来源:本网  浏览次数:436

  希捷科技公司汤姆波特因特海因等硬盘驱动器业正在迅速地向在流体动力轴承电机上实现标准化的方向迈进。有两个原因:一是为了实现更高的表面密度和数据速率一一在保持可靠性的同时提高驱动器的性能;二是为了满足新兴的用户设备市场的需要减少噪声。流体动力轴承电机具有较低的不可重复偏转(NRRO)和位置误差信号(PES),并能达到更篼的转速一一这是未来一代驱动器可靠地进人其极窄的数据轨道所必需的。

  传统滚珠轴承电机面临的问题传统磁盘驱动电机由滚珠轴承(在与转子和轴相连的滚道上旋转的金属滚珠)来支持。这些主轴轴承一般使用8到12粒滚珠。滚珠轴承并不是完全圆的,滚珠和滚道在预负荷下会稍微变形。滚珠的圆度或者滚珠滚动的滚道如果存在任何缺陷,都会在旋转期间以偏转形式显示出来。这种偏转与电机旋转不同步。这种转动被称为不可重复偏转(NRRO),以便使它与可重复偏转区分开来,可重复偏转与电机的转速是同步的。在一台只有可重复偏转的驱动器中,每一个已写磁道都是一个**的圆。一个带有不可重复偏转的驱动器,其磁道是不规则的。

  滚珠轴承的另一个主要缺陷是不能增加速度,以继续减少存取时间。存取时间性能将变得越来越重要,特别是针对通过网络或互联网向数百个用户提供同时服务的服务器所使用的驱动器而言。为了减少等待时间和存取时间,驱动器制造商推出新的一代驱动器就将其转速提篼约50%.刚刚开始推出的*新一代驱动电机的运行速度为15000转数/分,而目前正计划在几年之后推出22000转数/分的驱动器。然而一旦超过15转数/分,滚珠轴承电机就不具备磁盘驱动器应用所必需的平均寿命或长期的可靠性,因为驱动器的工作温度升高,轴承里的润滑剂开始退化。

  驱动器降噪在流体动力轴承电机领域发展中也很重要。滚珠轴承电机的速度每翻一番,噪音就会增加四倍。

  在目前的计算机中,风扇的噪音超过了驱动器的噪音,所以,减少驱动器的噪音的压力并不大。不过,没有风扇的新一代用户设备正在出现,这种设备旨在以比计算机更小的噪音来工作。带有风扇的标准个人电脑一般要求在空转时驱动器的声音处在30分贝的音域,而且很容易适应比空转时高出3至4分贝的寻道时间声音。另一方面,新的用户设备的声音要求可能是在空转时处在20分贝中间的音域,寻道时间声音比空转时小2.5分贝。

  主轴电机的防震性能是驱动器性能的一个关键方面。

  在很大的震动负载下,滚珠轴承电机里的滚珠被迫进入滚道,并造成小的凹痕。这些凹痕增加了电机的不可重复偏转(NRRO),而且可能会由于超过了伺服系统进行校正的能力而导致误差。电机产生的噪音也将增加。通常,滚珠轴承电机能够承受15Gs.新的用户产品预计可能会遇到比企业产品更粗野的操作。

  流体动力轴承电机的优势流体动力轴承电机适合于解决上述的大多数驱动难题。在流体动力轴承中,轴承功能由一层比人的头发十分之一的厚度还要薄的润滑剂来承担。被轴承支持的电机基本上围绕轴来运动。就像减震器和气胎为车身在一条崎岖道路上的运动减震一样,润滑膜也会衰减电机相对于轴的运动。在流体动力轴承中消除金属之间的接触,就会消除由于表面缺陷而导致的不可重复偏转。使用该技术就可减少磁道间隔和增加驱动器中的英寸道数(TPI)。因为流体轴承没有金属之间的接触,所以它们也能够处理比滚珠轴承高得多的。

  流体轴承电机的声学性能有了很大的提高,这也是由于消除了金属之间的接触。流体动力轴承提供了一种更平滑、更圆的旋转,以及极少的震动和几乎无声的运行。它们在制造过程和用户操作期间,也不会象滚珠轴承一样增加噪音及震动。流体轴承电机也可以大大提篼硬盘驱动器的防震性能。一个驱动器所能承受的力量通常受到主轴轴承设计的坚固性的限制。在流体轴承中,电机的运行部件被薄薄的一层油膜分开。这层油膜具有减震器的效果,并SDRAM器件发展动向维新Internet应用日益深入普及,极大地推动电子元器件市场和技术发展。PC机的CPU芯片微处理器时钟频率已跨入GHz领域,打印机和显示器的工作速度也迅速提高。作为PC机的主存储器用器件,DRAM的存取速度空前提篼,而且新品种层出不穷,同步DRAM(SDRAM)、RambusDRAM乃至双倍数据速率同步DRAM(简称DDR),争奇斗艳。

  在DRAM器件市场上,各种DRAM器件产品都要经过市场的考验。根据供求平衡等市场要求,各种DRAM器件产品都必须向**位方向发展。关于RambusDRAM器件,Intel和Rambus已结成联盟(Direct(接上页)防止对电机造成破坏。希捷公司已经对流体轴承电机进行了测试,让它们经受1200Gs的考验也没有被破坏。流体动力轴承电机也大大提高了疲劳寿命。由于没有金属之间的接触,它们在理论上拥有无限的疲劳寿命。

  批量生产的难题流体轴承在陀螺仪和高精度机床中已经使用了近50年。但在磁盘驱动器中使用这项技术是一个更大的挑战。

  磁盘驱动器业务极其注重成本。目前在磁盘驱动电机中使用的滚珠轴承的生产成本个不足一美元,流体动力轴承必须提高成本竞争力。而且在磁盘驱动器中使用的流体动力轴承必须以独立包装的形式来交付,以使其能够维持五年或五年以上而不必进行维修。

  当希捷公司1997年推出**个以流体动力轴承电机为特征的批量生产的磁盘驱动器时,为了确保成功克服了许多关键的工程难题。为了防止在电机中出现润滑剂泄漏的现象,以确保新的电机润滑剂密封装置是*佳的。

  希捷公司的工程师们开发了一种专门用来应付这些难题的润滑剂。

  在保持微米公差的同时调整轴承设计参数使之适合大量生产,是另一个重要难题。希捷公司预见到了这种技术需要和市场潜力,并且很早就投资来建立制造基础设施。

  确保可靠性为了绝对保证**个希捷流体动力轴承产品的成功,今日电子http://www.epc.com.cn2001年第3期RDRAMImplementersForum),正在开展普及和推广应用工作。而DDR器件一直由Samsung、威盛和扬智等公司倡导和推广应用,今年既支持DDR又支持SDRAM的过渡型主机板纷纷上市,对于DDR器件发展无疑是非常良好的预兆。于是,人们不禁要问,SDRAM器件的命运如何呢,本文以日本NEC公司重点开发SDRAM的具体实例,试图说明SDRAM器件的市场、技术和发展前景。

  市场美国Rambus公司于1992年推出第1代Rambus工程师们设计了一项**挑战性的压缩生命周期测试。

  它包括在100'c的温度下工作六个月,相当于接连工作五年一一远远超过了滚珠轴承电机能够承受的限度。这些新的流体动力轴承通过了此项测试,结果便有了希捷的MedalistPro9140磁盘驱动器。其产品寿命极长,足以满足这个产业的需要。这种驱动器的流体动力轴承电机帮助其实现了突破,使之成为**个拥有*高磁道密度的7200转数/分的磁盘驱动器。

  但在该产品推出之后不久,希捷公司的工程师们就开始了一项削减成本的主要工作。一个滚珠轴承主轴至少有五个部件,而同样必需的两个轴承每个至少拥有10个部件,总共加起来为25个部件。另一方面,流体动力轴承通常拥有6到8个部件,所以,从长远上看,它具有降低生产成本的潜力。难题是以批量生产的方式来制造公差在1Mm左右的部件。希捷的工程师们起初投资并开发用户定制机器,随后逐渐获得了一些经验,使得将这项技术移植到价格和运行成本都更便宜的、更简单的机器上成为了可能。现在,该公司已近于将其成本降低到滚珠轴承电机的成本之下。

  虽然**代流体动力轴承电机的产生早于其应用时代,但它为现在做好了出色的准备工作。这些电机如今是克服表面密度和主轴速度的障碍所必不可少的。在今年内,流体动力轴承电机将会取代所有希捷磁盘驱动器上的传统滚珠轴承电机。

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