aktuator

Kod hard diskova, aktuator predstavlja pokretač celokupnog mehanizma glava. Njegov zadatak nije samo da započne i kontinuirano obezbedi kretanje mehanizma glava, već i da u potpunosti upravlja ovim kretanjem. Ovim kretanjem se ostvaruje osnovna funkcija hard diskova – zapisivanje podataka na magnetne ploče i čitanje podataka sa njih. Aktuator zapravo dovodi u rotaciono kretanje aktuatorsku ruku, a za njene su prednje krajeve vezani feriti koji su odgovorni za obavljanje funkcije zapisivanja i čitanja.

Prostor na magnetnim pločama, podeljen je u veliki (i sve veći i veći) broj sektora za skladištenje podataka. Zadatak aktuatora je da ferit dovede u precizan položaj iznad ploče, kako bi se ogovarajući podatak pročitao ili zapisao. Istovremeno elektronski kontroler upravlja radom motora hard diska i dovodi magnetne ploče u položaj kako bi najpre aktuator, a potom i feriti, mogli da odrade svoj posao.

Ako imamo u vidu brzinu kojom se ploče okreću (i do 15000 obrtaja u minuti, najčešće 5400 i 7200) i broj sektora koji se „pakuje“ na pločama najmodernijih hard diskova (koji se meri u milijardama), jasno je koliko složen zadatak obavlja aktuator u gotovo trenutnom pronalaženju tačnog sektora na pločama koje rotiraju velikom brzinom.

 

Slika 1 – Pokretački mehanizmi glava hard diska: step motor (levo) i servomehanizam (desno)

Na hard diskovima starije generacije, funkciju aktuatora obavljao je koračni motor (tzv. step motor) – elektromotor koji pretvara digitalne strujne impulse u konstrukcijski unapred određena ugaona pomeranja. Ovakav princip pozicioniranja ferita mogao je da funkcioniše kada je po jedinici površine prostora na pločama bilo znatno manje sektora i kada su ploče rotirale sa manjim brojem obrtaja.

Međutim, vremenom se zahtevao sve veći i veći kapacitet hard diskova (samim tim i veća gustina sektora na magnetnim pločama), a u tim okolnostima step motor više nije mogao da precizno pozicionira ferit. Pored toga, sve češće se javljao problem pregrevanja koračnih motora što je dovodilo i do termičkog širenja ploča i opasnosti od fizičkog kontakta sa feritima i nastajanja ogrebotina.

Danas su step motori potpuno izbačeni iz upotrebe kada je reč o obavljanju funkcije aktuatora tj. pokretača glava hard diska. Pokretanje mehanizma glava se kod modernih diskova obezbeđuje promenom amplitude i polariteta struje kroz namotaje žice u polju stalnog magneta. Kalem (voice coil) je sastavni deo mehanizma glava i nalazi se sa zadnje strane sklopa, i svojim kretanjem u magnetnom polju dva stalna magneta, dovodi u kretanje čitav mehanizam glava. Ovaj princip popularno se naziva servomehanizam ili samo servo.

Za obezbeđivanje stalnog magnetnog polja primenjuje se par veoma jakih neodijumskih magneta, koji su dovoljne jačine da privuku masu i do 1000 puta veću od njihove. Pravac delovanja magnetne sile ovih magneta je strogo vertikalan, u suprotnom moglo bi da dođe do oštećenja magnetnog zapisa na pločama.

Nastavak uskoro…

Žarko Damjanović

Hard disk je jedan od najboljih primera mehatroničkog (ili elektromehaničkog) uređaja. Mehanikom, odnosno kretanjem mehanizma glava hard diska, upravlja elektronika, pozicionirajući mehanizam nanometarski precizno pri velikim brzinama okretanja magnetnih ploča i stalnim promenama njihove ugaone brzine. Podsklop glava hard diska (head stack assembly – HSA) sačinjavaju aktuatorska ruka koja rotira oko fiksirane osovinice, sklop njenog uležištenja i namotaji žice – kalem (voice coil).

 

Slika 1 – Head stack assembly – HSA

Aktuatorske ruke mehanizma glava (actuator arm ili access arm) izrađuju se najčešće od legura aluminijuma, ređe od titanijumskih legura i nerđajućeg čelika. Aluminijumske legure su najčešće u primeni, zbog svojih paramagnetnih svojstava i odličnih mehaničkih osobina, pre svega čvrstoće, i male specifične težine te s toga aktuatorske ruke predstavljaju robusnu ali lako pokretljivu celinu.

Za krajeve aktuatorske ruke vezan je podsklop sastavljen iz veoma tankog (≈0.1mm) elastičnog lima za koji je vezan ferit, odgovoran za obavljanje funkcije čitanja i pisanja podataka. Masa ovog podsklopa, poznatog i kao head gimbal assembly – HGA, je jako mala kako bi moglo da se ostvari „plivanje“ na već pomenutom „vazdušnom jastuku“, koji nastaje usled velike brzine okretanja ploča hard diska. HSA i HGA se najčešće proizvode u potpuno odvojenim proizvodnim procesima i u funkcionalnu celinu se spajaju naknadno.

 

Slika 2: Mehanizam glava (sklop HSA i HGA) u Western Digital hard disku

Ferit („slider“) se nalazi na samom vrhu HGA podsklopa, pravougaonog je oblika i veoma male površine (≈1mm²). Njegova uloga je ključna u radu hard diska i sastoji se u transformaciji magnetnog polja ploča u električni signal (čitanje podataka) ili obrnuto – transformaciji strujnog signala u magnetni zapis na pločama (zapisivanje podataka).

Klasičan princip rada hard diskova znači da u jednom trenutku vremena „radi“ samo jedna glava, obavljajući funkciju čitanja ili pisanja. Površina ferita je specijalnog aerodinamičkog oblika („pattern“ se razlikuje od modela do modela diska i proizvođača) kako bi se na najbolji način iskoristile pogodnosti „vazdušnog jastuka„.

Bez strujanja vazduha nema čitanja i pisanja podataka, a strujanja vazduha nema ako nema okretanja magnetnih ploča hard diska. Okretanja nema ako se bilo koji od uslova izostavi:

–  ako glave nisu gde je potrebno u datom trenutku

–  ako nema okretanja motora

–  ako nema vazduha

Nastavak uskoro…

 

Žarko Damjanović

HelpDisc