用于数据存储系统的多体分室声衰减器的制作方法

1.本发明的实施方案可以整体上涉及数据存储系统，并且具体地涉及减少作为数据存储系统的构成部分的存储设备的振动。


背景技术：

2.硬盘驱动器(hdd)是非易失性存储设备，其容纳在保护壳体中并将数字编码数据存储在具有磁性表面的一个或多个圆盘上。当hdd在操作中时，由主轴系统快速旋转每个磁记录盘。使用由致动器定位在磁盘的特定位置上方的读写磁头从磁记录盘读取数据并将数据写入到磁记录盘。读写磁头使用磁场将数据写入到磁记录盘的表面并从磁记录盘的表面读取数据。写磁头利用流过其线圈的电流工作，由此产生磁场。以正电流和负电流的不同模式将电脉冲发送到写磁头。写磁头的线圈中的电流在磁头与磁盘之间的间隙中产生局部磁场，继而磁化记录介质上的小区域。
3.存在对高容量数字数据存储系统的商业需求，其中多个数据存储设备(dsd)容纳在共同的壳体中。dsd(诸如hdd)可响应于任何数量的环境源而发生结构模式激励，尤其是在多hdd存储系统中。对于非限制性示例而言，此类模式激励可能是相邻设备搜寻依赖性机械耦合、系统风扇生成的声能发射、来自周围环境的外部振动、通过共同的系统母板和/或电连接器传输的其他外部干扰等的结果。为了补偿由于诸如从hdd盖和/或壳体基座传输到读写磁头的hdd结构模式激励引起的读写磁头偏离磁道问题，在一些hdd中实现了前馈系统。然而，随着hdd数据磁道变得越来越窄，并且其中安装hdd的系统环境在系统内生成越来越多的振动能量(例如，由于系统内的hdd密度增加以及系统母板温度需求，这需要更高的rpm风扇使用率)，hdd所经历的振动的频率范围(以及因此能量)正在上升(例如，高于2khz)，并且补偿振动的影响的经典方法可能不再足够有效。
4.本节中描述的任何方法是可以实行的方法，但不一定是先前已经设想到或实行过的方法。因此，除非另有说明，否则不应认为本节所述的任何方法仅仅因为包含在本节中而成为现有技术。
附图说明
5.实施方案通过示例而非限制的方式在附图中示出，在附图中相同的附图标记指代相似的元件并且其中：
6.图1是根据一个实施方案的示出硬盘驱动器(hdd)的平面图；
7.图2是示出数据存储系统内的振动的源和传输的侧视图示意图；
8.图3是根据一个实施方案的示出数据存储系统后机箱布局的平面图；
9.图4a是根据一个实施方案的示出声衰减器板部件的前视图；
10.图4b是根据一个实施方案的示出覆盖在阻尼材料中的图4a的声衰减器板部件的前视图；
11.图5a是根据一个实施方案的示出声衰减器弓形部件的前视图；
12.图5b是根据一个实施方案的示出覆盖在阻尼材料中的图5a的声衰减器弓形部件的后视图；
13.图6是根据一个实施方案的示出多体分室声衰减器的前视图；和
14.图7是根据一个实施方案的示出安装在数据存储系统机箱中的图6的多体分室声衰减器的平面图。
具体实施方式
15.一般来讲，描述了管理影响数据存储系统内的数据存储设备的结构模式激励的方法。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本文所述的本发明实施方案的透彻理解。然而，将显而易见的是，本文所述的本发明的实施方案可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情况下，熟知的结构和设备以框图的形式示出，以便避免不必要地模糊本文所述的本发明的实施方案。
16.引言
17.术语
18.本文对“实施方案”，“一个实施方案”等的引用旨在意味着所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方案中。然而，这些短语的实例不一定都指的是同一实施方案。
19.术语“基本上”应当理解为描述大部分或差不多被结构化、构造、定尺寸等的特征，但在实践中制造公差等引起结构、构型、尺寸等并不总是或一定如所述的那样精确的情形。例如，将结构描述为“基本上竖直的”将为该术语赋予其普通含义，使得侧壁对于所有实用目的均为竖直的，但可能并不精确地处于90度。
20.虽然诸如“最佳”、“优化”、“最小”、“最小化”、“最大”、“最大化”等术语可能不具有与其相关联的某些值，但是如果这些术语在本文中使用，则意图是本领域普通技术人员将理解此类术语将包括在与本公开的整体一致的有益方向上影响值、参数、度量等。例如，将某事物的值描述为“最小”并不要求该值实际上等于某个理论最小值(例如，零)，但应在实际意义上理解为对应的目标是在有益方向上朝向理论最小值移动该值。
21.情境
22.图2是示出数据存储系统内的振动的源和传输的侧视图示意图。回想一下，在高容量数字数据存储系统诸如系统200中，其中多个数据存储设备(dsd)202a-202n容纳在共同的壳体中并且可共享共同的机箱204(其中n表示可因具体实施而变化的数量)，dsd 202a-202n诸如hdd可响应于任何数量的环境振动源而经历振动模式。传输到给定hdd的读写磁头的此类hdd振动对hdd的性能(诸如过多不可重复跳动(nrro))以及较大存储系统200的性能具有有害影响。
23.如图2所示，在数据存储系统诸如数据存储系统200内存在数据存储设备诸如dsd 202a的多个振动源。此类振动可能是例如相邻hdd之间的机械耦合210、例如通过共同的系统母板和/或电连接器和/或机箱204传输的和/或来自系统风扇206的振动216的结构传播干扰212、来自hdd内的旋转部件的自振动214，以及来自系统风扇206的空气传播干扰218(诸如气流和声能(例如，声学声压))的结果。
24.研究已表明，声音(空气传播)干扰218是一些数据存储系统中的主要干扰源。此类
声音干扰主要从系统风扇206生成，并且如果不加以控制，则通常导致dsd 202a的结构振动模式的激励。这继而可对设备性能具有不小的负面影响，因为磁道跟踪对振动非常敏感。例如，磁道跟踪(诸如通过位置误差信号或“pes”测量)对读/写速度(每秒i/o，或“iops”)具有直接影响。因此，减少dsd 202a(诸如hdd)的振动可改善与dsd 202a相关联的pes和iops。通过抑制振动模式来改善pes的可能方法可包括实现隐形冷却风扇，和/或改变由冷却风扇生成的频率，和/或在冷却风扇和dsd之间的路径中实现吸声材料。
25.包括硬盘驱动器(hdd)和固态驱动器(ssd)数据存储设备的存储壳体需要冷却风扇将设备温度保持低于公布值以满足可靠性和性能水平。对于安装有hdd设备的壳体而言，冷却风扇声发射与hdd之间的交互可导致性能和可靠性问题，尤其是考虑到容量需求逐渐增加。
26.图3是根据一个实施方案的示出数据存储系统后机箱布局的平面图。图3描绘了容纳多个数据存储设备302(或简称“驱动器”)的机箱300，其中左侧冷却风扇外壳隔室303盖(例如，303a)和空气风室305盖(例如，305a)被隐藏。声学噪声通常在离至少一个冷却风扇304最近的驱动器302a的行处达到最大值，这可给在冷却风扇附近结合hdd的所有壳体带来重大挑战。一种方法可以是增加从风扇304到驱动器302a的第一行的距离。然而，随着按径向每英寸磁道数(tpi)计的驱动伺服密度增加，预计该疏远方法不再足以将nrro降低到低于不断向前推进的目标性能阈值。还需要减小从风扇304到驱动器的最后一行的偏移量以允许壳体用于具有更短前后机架间距的更多装置中。另一种方法可以是将声衰减泡沫的多个折叠层简单插入在风扇304与驱动器302之间，但是这不是优选的，因为相对于较厚泡沫材料的“过滤”性质可能会因截留的污染物的积聚而带来长期可靠性问题。因此，仍然面临在不牺牲性能和可靠性(例如，过多nrro、过热等)的情况下使壳体的总长度最小化的挑战。
27.用于减少数据存储系统中的驱动振动的多体分室声衰减器
28.板部件
29.图4a是根据一个实施方案的示出声衰减器板部件的前视图。描绘了板部件(plate component)400(或“板部件(plate part)”)，该板部件包括穿过基本上平面的主部或主体402的多个气流孔401(或“气流孔口”)。板部件400还包括铰接式(可旋转)顶部或顶部风门片404，以及主体402的每一侧上的侧部或侧延伸部406a、406b。根据一个实施方案，侧延伸部406a、406b中的至少一个侧延伸部以一定角度(例如，偏移几毫米)从主体402延伸，即，侧延伸部不与主体402共面。根据一个实施方案，板部件400由塑性材料构成。
30.图4b是根据一个实施方案的示出覆盖在阻尼材料中的图4a的声衰减器板部件的前视图。描绘了板部件(plate component)420(或“板部件(plate part)”)，该板部件包括穿过基本上平面的主体402的多个气流孔401，并且还包括铰接式顶部风门片404以及主体402的每一侧上的侧延伸部406a、406b。根据一个实施方案，板部件420还包括(例如，对于非限制性示例而言，使用预先施加的粘合剂膜)耦接到内表面的声阻尼片或声阻尼材料408。根据一个实施方案，声阻尼材料408使用由单片/单层声阻尼材料构成的声阻尼片来构造。根据一个实施方案，声阻尼材料408由整体具有基本上均匀的厚度的声阻尼片构成，即，声阻尼材料不是起伏状的或未用吸声形状(对于非限制性示例而言，诸如经典“蛋篓”形状)诸如未用卷曲声学泡沫板来增强。优选地，并且根据一个实施方案，利用这样的阻尼材料，该阻尼材料通过材料压缩(例如，应变/偏转阻尼)而不通过空气穿过声介质的过程来对声学
声波起到阻尼作用，这提供了不会积聚如“过滤器”样材料那么多的截留的污染物的阻尼技术。
31.与主体402类似，声阻尼材料408(或“声阻尼片”)包括与穿过主体402的气流孔401相同或类似的穿过声阻尼材料408层的气流孔421(或“气流孔口”)。需注意，穿过主体402的气流孔401和穿过声阻尼材料408的气流孔421的所示构型(例如，形状、尺寸、布置等)是示例，并且实际上基于例如其中可安装板部件400、420的对应机箱(例如，图3的机箱300)的结构构型(包括例如对应冷却风扇诸如图3的风扇304的定位，及数据存储设备诸如图3的数据存储设备302的定位)、对应机箱内的板部件400、420的定位、机箱内部的气流模式和类似考虑因素，可因具体实施而变化。然而，根据一个实施方案，穿过主体402的气流孔401和穿过声阻尼材料408的气流孔421被定位成彼此对准，使得声阻尼材料408不覆盖气流孔401，从而气流孔401和421在安装在机箱诸如机箱300中时共同提供气流从风扇304穿过板部件420到达存储设备302的通道。
32.根据一个实施方案，耦接到板部件400的声阻尼材料408包括侧延伸部406a、406b中的至少一个侧延伸部上的声阻尼材料，诸如侧延伸部406a、406b两者上的声阻尼材料408a、408b所描绘(以交叉影线描绘)。这允许声阻尼材料缠绕在板部件400的侧面周围以密封钣金机箱(例如，图3、图7的机箱300)与板部件420之间的空气通道。根据一个相关实施方案，耦接到板部件400的声阻尼材料408(包括侧延伸部406a、406b中的至少一个侧延伸部上的声阻尼材料408a、408b)进一步至少部分地缠绕在相应侧延伸部406a、406b周围。这起到密封钣金机箱与板部件之间的空气通道的作用，因为该材料不允许空气轻易从中穿过，从而有效地阻挡来自外部空气通道的空气。根据一个另选实施方案，侧延伸部406a、406b均缺乏声阻尼材料408a、408b，即，侧延伸部406a、406b未被声阻尼材料408a、408b覆盖。
33.凸弓形部件
34.图5a是根据一个实施方案的示出声衰减器弓形部件的前视图。描绘了凸弓形部件500(或“弓形部件”)，该凸弓形部件包括穿过弓形主部或弓形主体502的多个气流孔501(或“气流孔口”)。根据一个实施方案，弓形部件500还包括多个组件突片504和底部延伸部505。图5b是根据一个实施方案的示出覆盖在阻尼材料中的图5a的声衰减器弓形部件的后视图。描绘了凸弓形部件520(或“弓形部件”)，该凸弓形部件包括穿过弓形主体502的多个气流孔501以及组件突片504和底部延伸部505。在结构上，弓形部件520还包括从弓形主部或弓形主体502的顶部边缘511延伸的顶部封闭部分510以及从弓形主体502的底部边缘513延伸的底部封闭部分512。根据一个实施方案，弓形部件500由塑性材料构成。
35.根据一个实施方案，弓形部件520还包括耦接到内表面的声阻尼片或声阻尼材料508a。根据一个实施方案，弓形部件520还包括耦接到外表面的声阻尼片或声阻尼材料508b(参见例如图6)。此外，根据一个优选的实施方案，弓形部件520包括耦接到内表面和外表面两者的声阻尼片或声阻尼材料508a、508b(统称声阻尼材料508)。根据一个实施方案，声阻尼材料508由声阻尼片构成，该声阻尼片由单片/单层声阻尼材料构成。
36.根据一个实施方案，声阻尼材料508由整体具有基本上均匀的厚度的声阻尼片构成，即，声阻尼材料不是起伏状的或未用吸声形状(对于非限制性示例而言，诸如经典“蛋篓”形状)诸如未用卷曲声学泡沫板来增强。此处也优选地利用这样的阻尼材料，该阻尼材料通过材料压缩(例如，应变/偏转阻尼)而不通过空气穿过声介质的过程来对声学声波起
到阻尼作用。采用通过压缩去除能量的声阻尼材料(例如，声阻尼材料408、508等)的一个优点是可使用有可能厚度不同的多层来根据需要调节衰减。此类层可经由粘合剂背衬来堆叠和相互耦接，这不如典型流通型声阻尼泡沫那样可行，原因在于至少部分地基于相对不太多孔的粘合剂背衬而会减少穿过此类层叠堆的气流的潜在影响。
37.根据一个另选实施方案，流通型声阻尼泡沫可用于代替压缩型声阻尼材料，诸如用于降低成本的目的。例如，流通式泡沫用作压缩材料的直接替代(即，在不阻挡气流孔时)从长远来看不会减少穿过声衰减器的气流，但在声学上被认为不太有效，并且仍然有污染物/颗粒截留(如本文别处所讨论)和随之引起的衰减降低的风险。又如，使用被配置为阻挡气流孔的流通式泡沫会提高声衰减，但代价是穿过声衰减器的气流减少，并且此处同样仍然有污染物/颗粒截留及随之引起的衰减和气流降低的风险。
38.与弓形主体502类似，声阻尼材料508(或“声阻尼片”)包括与穿过弓形主体502的气流孔501相同或类似的穿过声阻尼材料508层(即，508a、508b)的气流孔521(或“气流孔口”)。需注意，穿过弓形主体502的气流孔501和穿过声阻尼材料508的气流孔521的所示构型(例如，形状、尺寸、布置等)是示例，并且实际上基于例如其中可安装弓形部件500、520的对应机箱(例如，图3的机箱300)的结构构型(包括例如对应冷却风扇诸如图3的风扇304的定位，及数据存储设备诸如图3的数据存储设备302的定位)、对应机箱内的板部件500、520的定位、机箱内部的气流模式、板部件400的气流孔401、421的定位和类似考虑因素，可因具体实施而变化。然而，根据一个实施方案，穿过弓形主体502的气流孔501和穿过声阻尼材料508的气流孔521被定位成彼此对准，使得声阻尼材料508不覆盖气流孔501，从而气流孔501和521在安装在机箱诸如机箱300中时共同提供气流从风扇304穿过弓形部件520到达存储设备302的通道。
39.分室声衰减器组件
40.图6是根据一个实施方案的示出多体分室声衰减器的前视图。声衰减器600包括与凸弓形部件520(图5b)耦接的板部件420(图4b)，这形成具有内在或内部空间或体积的3维室。根据一个实施方案，作为板部件400、420的主体402的构成部分的(“第一”)气流孔401和作为弓形部件500、520的弓形主体502的构成部分的(“第二”)气流孔501不在与板部件400、420的主体402垂直的方向上对准，如板部件420的声阻尼材料408透过弓形部件520的气流孔501的可见度而不是板部件420的气流孔401的可见度所描绘。从而，当如图7中那样安装时，提供从冷却风扇到数据存储设备的迂回(例如，非直接、卷曲)气流路径。虽然一定部分的空气穿过泡沫材料中切出的开口，从而理论上降低最大可用衰减，但多体分室衰减器600使空气通道交错以使气流跟随曲折路径，从而通过在到达数据存储设备之前从多个表面反射空气压力波来增加衰减。换句话说，采用声衰减器600时，没有从风扇穿过衰减器到达驱动器的直接气流。
41.因此，采用(i)给板部件420的内表面(即，当如图7中那样安装时，面向冷却风扇隔室(诸如图3的隔室303)的表面)加衬的声阻尼材料408、(ii)给弓形部件520的内表面(即，当如图7中那样安装时，背对冷却风扇隔室(诸如图3的隔室303)的表面)加衬的声阻尼材料508a以及(iii)给弓形部件520的外表面(即，当如图7中那样安装时，面向冷却风扇隔室(诸如图3的隔室303)的表面)加衬的声阻尼材料508b(图6)时，所有空气入射表面都被覆盖，并且风扇声发射将必须跟随非直接的卷曲路径才能到达驱动器(例如，至少部分由于图4a、图
或简称“底座”)与hdd盖一起为hdd 100的信息存储组件提供半密封(或气密密封，在一些配置中)的保护壳体。
50.其他电子部件，包括磁盘控制器和包括数字信号处理器(dsp)的伺服电子器件，向驱动马达、vcm的音圈140和hga 110的磁头110a提供电信号。提供给驱动马达的电信号使驱动马达旋转，从而向主轴124提供扭矩，该扭矩继而传输到附连到主轴124的介质120。因此，介质120沿方向172旋转。旋转的介质120形成空气垫，该空气垫充当滑块110b的空气轴承表面(abs)搭载于其上的空气轴承，以使得滑块110b在介质120的表面上方飞行，而不与记录信息的薄磁记录层形成接触。类似地，在利用轻于空气的气体(诸如用于非限制性示例的氦气或氢气)的hdd中，旋转的介质120形成气垫，该气垫充当滑块110b搭载于其上的气体或流体轴承。
51.向vcm的音圈140提供的电信号使hga 110的磁头110a能够访问上面记录有信息的磁道176。因此，vcm的电枢136摆动经过圆弧180，这使hga 110的磁头110a能够访问介质120上的各个磁道。信息存储在介质120上的多个径向嵌套的磁道中，这些磁道被布置在介质120上的扇区(诸如扇区184)中。相应地，每个磁道由多个扇区化磁道部分(或“磁道扇区”)诸如扇区化磁道部分188构成。每个扇区化磁道部分188可包括记录的信息和数据头，该数据头包含纠错码信息和伺服突发信号图案，诸如abcd-伺服突发信号图案(其是识别磁道176的信息)。在访问磁道176时，hga 110的磁头110a的读元件读取伺服突发信号图案，该伺服突发信号图案向伺服电子器件提供定位错误信号(pes)，这会控制向vcm的音圈140提供的电信号，从而使磁头110a能够跟随磁道176。在找到磁道176并识别特定的扇区化磁道部分188时，磁头110a或者从磁道176读取信息或者根据磁盘控制器从外部代理(例如计算机系统的微处理器)接收的指令将信息写入磁道176。
52.hdd的电子架构包括用于执行其各自的hdd操作功能的多个电子部件，诸如硬盘控制器(“hdc”)、接口控制器、臂电子模块、数据通道、马达驱动器、伺服处理器、缓冲存储器等。两个或更多个此类部件可以组合在称为“片上系统”(“soc”)的单个集成电路板上。此类电子部件中的若干个(如果不是全部的话)通常布置在印刷电路板上，该印刷电路板耦接到hdd的底侧，诸如耦接到hdd外壳168。
53.本文参考硬盘驱动器，诸如参考图1所示和所述的hdd 100，可以包括有时被称为“混合驱动器”的信息存储设备。混合驱动器通常指的是具有常规hdd(参见例如hdd 100)与使用非易失性存储器(诸如闪存或其他固态(例如，集成电路)存储器)的固态存储设备(ssd)(其为电可擦除和可编程的)组合的功能的存储设备。由于不同类型的存储介质的操作、管理和控制通常不同，因此混合驱动器的固态部分可包括其自身对应的控制器功能，该控制器功能可与hdd功能一起集成到单个控制器中。混合驱动器可被构建和配置为以多种方式操作并利用固态部分，诸如作为非限制性示例，将固态存储器用作高速缓存存储器，用于存储频繁访问的数据，用于存储i/o密集数据等。另外，混合驱动器可以被构建和配置为基本上作为单个壳体中的两个存储设备，即常规的hdd和ssd，具有用于主机连接的一个或多个接口。
54.扩展和替代
55.在前述说明中，已经参照大量的具体细节描述了本发明的实施方案，这些细节可根据不同的具体实施而变化。因此，可以在不脱离实施方案较宽的实质和范围的情况下对
其进行各种修改和改变。因此，本发明以及申请人旨在成为本发明的唯一且排他性的指示物的是由本专利申请以此类权利要求发出的具体形式发出的一组权利要求，包括任何后续的更正。本文明确阐述的对包含在这些权利要求中的术语的任何定义应当决定如权利要求中使用的这些术语的含义。从而，未在权利要求中明确引述的限制、元件、特性、特征、优点或属性不应以任何方式限制此权利要求的范围。因此，本说明书和附图被认为是示例性意义的而不是限制性意义的。
56.此外，在该描述中，某些过程步骤可按特定顺序示出，并且字母和字母数字标签可用于识别某些步骤。除非在说明书中明确指明，否则实施方案不一定限于执行此类步骤的任何特定顺序。具体地讲，这些标号仅用于方便步骤的识别，并非旨在指定或要求执行此类步骤的特定顺序。