CN113223562B - 一种光磁存储器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光磁存储器结构，其技术方案为：包括安装有存储盘片阵列的主架，主架横向的两侧对称安装第一滑轨，位于主架同一侧的第一滑轨之间连接一个或多个第二滑轨，所述第二滑轨滑动连接有读写组件；其中，所述读写组件包括连接于振动臂一端的读写头、设于振动臂侧面的电磁铁，电磁铁与振动臂另一端通过连接杆连接为一体；通过电磁铁以设定周期产生磁场吸引振动臂带动读写头作简谐振动，以使读写头在存储盘片表面形成设定数据读写轨道。本发明无高速转动组件，易于扩展存储盘片和读写组件数量，方便单个磁/光盘存储器产品存储容量扩展和读写速度提升。
Description
技术领域
本发明涉及磁/光盘存储器领域，尤其涉及一种光磁存储器结构。
背景技术
传统的磁/光盘存储器甚至早期的软盘都是由早期的唱片盘结构发展而来，该结构及其工作原理是：由位于圆形盘片轴心的电机带动一片或多片同轴心间隔排列的盘片不停高速转动，盘片每面上的磁头/光头在读写臂的带动下可沿径向由盘片外圈向内圈移动，盘片每旋转一圈后，读写臂就将读写头向内移动一点，以此切换内外圈数据存储轨道，因此其数据存储轨道是许多同心的圆环形或螺旋线形。而磁盘、光盘的数据存储原理则是分别基于磁存储技术和数字-光学记录和回放技术。随着基于半导体存储原理的固态存储技术的逐步普及，很多人认为其会完全取代传统磁/光盘存储器技术。然而在数据长期保存稳定性和诸如抗EMP攻击等对安全性要求较高的应用场景下，固态存储技术仍远不及磁、光存储技术的优势。
发明人发现，传统的磁/光盘存储器存在以下问题和发展的瓶颈：
(1)现有技术进一步提升存储空间困难：现有技术提高存储容量的方法通常有两种，一种是以提高单位面积上的数据存储密度为手段的垂直记录技术和最新的叠瓦式磁记录技术。然而，数据存储密度已经达到了当前技术水平的极限，再提高数据密度有可能会导致各存储点之间相互干扰；叠瓦记录技术是通过牺牲数据读写速度和数据容错率安全性而换取存储空间提升的方法，想要通过此法进一步提升存储空间可以说是本末倒置。
另一种更直接的方法是增加存储面积，就是在有限的空间内增加盘片数量。这不仅增加了存储器的整体厚度和重量，还增加了电机的负载重量，使得机械臂和光/磁头结构越发精细化加工难度提升，受制于产品的尺寸和电机负载能力，盘片的数量也不可能是无限增加的。为了保证盘片刚性，避免高速旋转的盘片边缘产生轴向振动导致盘面划伤甚至盘片炸裂，也不可能再进一步减薄盘片厚度。
(2)读写速度慢：现有技术为满足及时响应数据随机高速读写的要求，盘片需始终保持高速旋转状态而无论存储器是否处于无数据读写的空闲状态；且盘片长期高速转动摩擦产生的热量损耗较多，系统有效功率占比较低，无法满足节能和高能效比要求。即便如此，数据读写速度仍满足不了需求。另外出于系统鲁棒性、工艺难度、控制难度和成本等因素的考虑，存储盘片的每一面一般仅能配备一套读写臂和读写头，极大地限制了读写速度的提升。
现有技术提高数据处理速度的方向大致分为两种：一种是通过在控制电路中增加多级基于半导体存储技术的高速缓存。另一种是类似于磁盘RAI D结构的多存储器阵列，其本质相当于增加了每盘面的读写臂和读写头从而增加了并行数据传输量。但这两种方法都不是直接对单个存储器系统内部结构的改进，对单个磁/光盘存储器的机械结构来讲，并没有直接提高数据处理速度的有效手段。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种光磁存储器结构，无高速转动组件，易于扩展存储盘片和读写组件数量，方便单个磁/光盘存储器产品存储容量扩展和读写速度提升。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的实施例提供了一种光磁存储器结构，包括安装有存储盘片阵列的主架，主架横向的两侧对称安装第一滑轨，位于主架同一侧的第一滑轨之间连接一个或多个第二滑轨，所述第二滑轨滑动连接有读写组件；
其中，所述读写组件包括连接于振动臂一端的读写头、设于振动臂侧面的电磁铁，电磁铁与振动臂另一端通过连接杆连接为一体；通过电磁铁以设定周期产生磁场吸引振动臂带动读写头作简谐振动，以使读写头在存储盘片表面形成设定数据读写轨道。
作为进一步的实现方式，所述读写组件还包括能够沿第二滑轨长度方向移动的活动底座，振动臂安装于活动底座一侧且伸出活动底座的长度可调节。
作为进一步的实现方式，所述振动臂通过直线运动机构与活动底座相连，活动底座一端设置第一限位凸起，另一端设置第二限位凸起；
所述直线运动机构能够带动振动臂使其远离读写头的一端在第一限位凸起与第二限位凸起之间运动。
作为进一步的实现方式，所述电磁铁包括电磁线圈和导磁铁芯，电磁线圈绕于导磁铁芯外侧。
作为进一步的实现方式，所述导磁铁芯呈C字型结构包覆于振动臂端部振幅区域。
作为进一步的实现方式，所述读写头垂直于振动臂的振动平面和存储盘片所在平面，读写头端部与存储盘片表面留有间隙。
作为进一步的实现方式，所述存储盘片表面为数据存储面且镀保护膜，每个存储盘片与主架可拆卸连接。
作为进一步的实现方式，所述数据读取轨道呈蛇形结构。
作为进一步的实现方式，所述第二滑轨安装多个读写组件时，相邻读写组件位于第二滑轨的不同侧。
作为进一步的实现方式，所述主架能够竖直安装，其侧面设有信号接口，主架端部设置有级联件。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式通过存储盘片阵列拼接，每个存储盘片可单独替换，且可以按容量需求配置盘片数量，可通过增加存储盘片扩充存储器容量；解决了现有技术进一步提升存储空间困难和维修更换部件难度大的问题。
(2)本发明的一个或多个实施方式通过设置第二滑轨，可以配备多套读写组件，且每套读写组件还可以单独控制运行速度，能够并行读写数据，提高读写速度。
(3)本发明的一个或多个实施方式的存储盘片静止，通过重量相对较轻的读写组件运动，且仅在需要读写数据时才运动，不需要一直不停的运行，既节约能源，还能规避散热问题，又可以延长各部件的使用寿命；克服了现有技术盘片高速旋转存在容易划伤炸裂和用电量大的缺点。
(4)本发明的一个或多个实施方式可以竖直安装，体积向高度方向扩展而占用面积较小；解决了现有硬盘平放占用面积大的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的整体结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的级联件结构示意图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的读写组件结构示意图；
图4(a)是传统磁盘数据轨道分布图；
图4(b)是传统光盘数据轨道分布图；
图4(c)是本发明根据一个或多个实施方式的存储盘片上数据轨道分布图；
图5是本发明根据一个或多个实施方式的存储盘片阵列中各盘片的顺序访问轨迹示意图；
图6是本发明根据一个或多个实施方式的安装多个读写组件结构示意图；
其中，1、存储盘片，2、主架，21、信号接口，22、级联件，23、卡槽，3、第一滑轨，4、第二滑轨，41、防撞限位环，5、读写组件，51、活动底座，52、连接杆，53、振动臂，54、电磁铁，541、电磁线圈，542、导磁铁芯，55、读写头，56、直线运动机构，57、第二限位块，58、第一限位块。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种光磁存储器结构，能够竖直安装，占用高度空间而较少占用面积；如图1所示，其包括主架2，主架2上安装存储盘片1阵列。
在本实施例中，主架2呈H型结构，其包括支撑部和盘片安装部，盘片安装部设置为矩形结构；以主架2竖直状态为参考，其高度方向为纵向，长度方向为横向；支撑部对称安装于盘片安装部横向的两侧。为了便于安装滑轨，本实施例的支撑部设置为工字型结构。可以理解的，在其他实施例中，支撑部和盘片安装部也可以设置为其他结构。
进一步的，支撑部纵向的两端分别安装级联件22，级联件22可以防止反插。主架2沿高度或厚度方向可级联扩展并共用一套控制系统。在本实施例中，级联件22包括凸起和插孔，支撑部端部具有多个插接面，以四个插接面为例，如图1和图2所示，支撑部纵向和厚度方向上相对的两个插接面均为一个设置凸起，另一个设置与所述凸起形状相适应的插孔。当然，在其他实施例中，级联件也可以为其他结构或设置在其他部位，只要能够实现存储器结构的安装即可。
进一步的，支撑部侧面设置信号接口21。盘片安装部设有若干卡槽23，卡槽23沿盘片安装部横向、纵向呈多排多列分布。卡槽23用于放置存储盘片1，可允许卡槽23留有空位，即不放置存储盘片1。本实施例通过增加存储盘片1的数量或插接多个主架结构，扩展存储器容量。
本实施例的存储盘片1静止，通过相对较轻的读写组件5运动，且仅在需要读写数据时才运动，不需要一直不停的运行，既节约能源，还能规避散热问题，又可以延长各部件的使用寿命。
进一步的，主架2的两侧均安装第一滑轨3，在本实施例中，每个支撑部沿盘片安装部厚度方向对称的两侧均安装第一滑轨3，所述第一滑轨3沿主架2纵向安装。
在本实施例中，位于支撑部同一侧的两个第一滑轨3之间连接一个第二滑轨4，每个第二滑轨4上安装一个或多个读写组件5；主架2的两侧均安装多个读写组件5时，并行处理数据速度更快。
且第二滑轨4安装多个读写组件5时，相邻读写组件位于第二滑轨4的不同侧，即位于主架2同一侧面的读写组件正装(远离卡槽23的一侧)与反装(靠近卡槽23的一侧)交替设置，以使读写组件运动时不会发生碰撞。
为了进一步避免同一第二滑轨4上的读写组件5在运动过程中出现碰撞，第二滑轨4上设置防撞限位环41。防撞限位环41设置于相邻读写组件5之间，当第二滑轨4上设置两个读写组件5时，为了保证单个读写组件5的行程，防撞限位环41设置于第二滑轨4中间位置。
本实施例以第一滑轨3之间安装一个第二滑轨4为例进行详细说明，如图1所示，第二滑轨4与第一滑轨3垂直，即第二滑轨4沿横向设置。第二滑轨4通过移动块与第一滑轨3连接，且移动块与第一滑轨3滑动连接；在移动块的作用下读写组件5能够沿第一滑轨3长度方向上移动。
所述读写组件5与第二滑轨4滑动连接，读写组件5能够沿第二滑轨4长度方向上移动；即，读写组件5整体能够沿主架2横向和纵向移动。在本实施例中，移动块沿第一滑轨3的移动及读写组件5在第二滑轨4上的运动可以采用传统的电机驱动结构。例如：移动块里内置电机齿轮，滑轨上带齿条；或者电机直接带动螺纹式滑轨沿轴心转动，移动块内设有对应的螺纹；等。
所述支撑部和第二滑轨4上，均可设置线槽，各部件信号传输线可使用柔性电路或光纤。
进一步的，如图3所示，读写组件5包括读写头55、电磁铁54、连接杆52、振动臂53、活动底座51、直接运动机构56，所述振动臂53为可向电磁铁侧弯曲的刚性薄片形结构，振动臂53一端安装可更换的读写头55且该端可被电磁铁吸引，振动臂53另一端通过直线运动机构56安装于活动底座51一侧；活动底座51另一侧与第二滑轨4滑动连接。所述振动臂53通过连接杆52与电磁铁54形成一个整体，在直线运动机构56的驱动下沿垂直于第二滑轨4的方向移动。
所述直线运动机构56可以采用现有结构实现，只要能够实现读写头55沿竖向运动即可。例如，直线运动机构56采用齿轮齿条机构，齿轮沿活动底座51竖向间隔设置多个，振动臂53远离读写头55的一端设置齿条段，通过齿轮齿条的啮合作用实现振动臂53的上下移动。
进一步的，所述活动底座51的一端设有第一限位块58，另一端设有第二限位块57；第一限位块58用于限定振动臂53的最大伸出长度，第二限位块57用于限定振动臂53的最短伸出长度。
在本实施例中，第二限位块57为凸起结构，只要能够限制振动臂53齿条端的移动即可；第一限位块58由两个间隔略大于振动臂53厚度的凸起组成，两个凸起的间隔与振动臂53厚度相当，刚好可以夹紧振动臂53又不阻碍53的伸出缩回。
进一步的，振动臂53沿纵向设置，其一端设有安装槽，通过安装槽安装读写头55；读写头55穿过安装槽并与振动臂53垂直。整个读写组件5可以如图3所示方向向上设置于第二滑轨4上，也可以方向向下设置于第二滑轨4上。优选地，读写组件5方向向上，这是因为方向向下时，读写头55受重力影响会缩短每次电磁铁作用产生的简谐振动的持续时间，而方向向上时则重力的叠加有助于延长该持续时间，即有助于节省为保持简谐振动所需输入到电磁铁的电能。
所述连接杆52一端与振动臂53设置齿条段的一端连接，另一端连接电磁铁54。通过直线运动机构56使振动臂53、连接杆52、电磁铁54及读写头55形成的整体沿竖直方向移动，以调节振动臂53的伸出长度，从而调节简谐振动的频率。
振动臂53的臂长(伸出活动底座51的长度)越短简谐振动越快，扫描速度也就越快，从而调节读写头55扫描存储盘片1时的速度；臂长越短时相应的电磁铁54通电的周期就越短，所需磁场和直流电的电流强度也就越大。
进一步的，电磁铁54包括导磁铁芯542和绕于导磁铁芯542外侧的电磁线圈541。在本实施例中，导磁铁芯542设置于读写头55径向的侧面，对读写头55形成C型的半包围结构；即，导磁铁芯542在读写头55两侧形成开口，其余部分封闭。
导磁铁芯542能够限制磁路，减少漏磁对存储盘片1的影响。电磁线圈541可以缠绕于导磁铁芯542的一端或两端或整体；优选地，电磁线圈541缠绕于导磁铁芯542的一端。
另外，读写组件5外部可设置金属壳体进行封装，以进一步屏蔽电磁铁54的漏磁。需要说明的是，本实施例的读写组件各部件实际使用时会封装成一个整体，整体存储器结构也会进行封装。
在该结构用作磁存储器时，由于存储盘片1上的磁场矫顽力非常强，以及导磁铁芯和金属封装壳体对漏磁的限制，电磁铁54不会使存储盘片1消磁或损坏数据；用作光存储器或其他存储器时，也无需考虑磁场干扰问题。简谐振动的能量来源于电磁铁54的周期性通电。通过对电磁铁54的周期性通电使振动臂53带动读写头55做简谐振动，配合读写组件5沿主架2横向、纵向移动，以使读写头55在存储盘片1表面形成如图4(c)所示的蛇形数据扫描轨迹。
传统磁盘数据轨道如图4(a)所示的同心圆形，传统光盘数据轨道如图4(b)所示的螺旋盘形；本实施例的数据轨道如图4(c)所示的蛇形。本实施例的存储盘片1设置为矩形，数据轨道由开口方向朝向存储盘片1侧面且首尾依次连接的U形结构形成，亦即由水平方向的简谐振动与竖直方向的步进运动所合成的轨迹。为满足合成如图4(c)所示轨迹，应当使竖直方向步进频率与简谐振动的频率成一设定比例。
传统磁盘的环形轨道会使得内外圈磁轨的扇区长度不同，给划分存储单元带来一定的不便。本实施例的轨道近似于平行直线，容易实现存储扇区长度的等分。
简谐振动划过的轨迹横向距离与存储盘片1的宽度相当或略微大一点，利用简谐振动高速的特性满足读写头55对存储盘片1的快速扫描读写数据。考虑到读写头55是常处于简谐振动状态，其数据传输的通道如果是传统的电线可能长时间晃动容易断，本实施例使用光纤或柔性电路作为传输数据的通路。
本实施例所述的存储盘片阵列的数据寻址和读写的方法为：
所有存储盘片1上数据的文件分配表都将存储于第一盘片，如图5所示，本实施例存储盘片阵列左上角为第一个盘片上，当然，在其他实施例中，存储盘片阵列左下、右上、右下或其他任意合理位置也可以作为第一盘片。
所有安装在主架2上的存储盘片1位置坐标也将存储于第一盘片或控制系统内。在顺序读写的情况下，就是振动臂53带着读写头55一边水平做简谐振动，第二滑轨4一边配合简谐振动频率向下或向上垂直移动，因此在每盘片上划过的轨迹就是蛇形。
如图5所示，在顺序读写的情况下，为了减少每列存储盘片1间切换时浪费的时间，对不同盘片的访问轨迹则是连续衔接的横S形，其中存储盘片列间切换是由读写组件5在第二滑轨4上的横向移动完成的，且该横向移动的始末状态均应使振动臂的纵向中心线与其所停靠的存储盘片1的纵向中心线重合为佳。
在随机读写的情况下，先从第一盘片获得要读取数据的磁盘坐标和文件分配表里的坐标，然后直接将读写头55移动到相应位置开始读写操作即可。
本实施例相比于传统结构，无高速转动组件，可轻易扩展存储盘片和读写组件数量，方便单个磁/光盘存储器产品存储容量扩展和读写速度提升；有效规避现有技术存在的能耗、抗振、散热、高密封性高无尘度要求等方面的难题；降低生产工艺与维修难度。
实施例二：
本实施例提供了一种光磁存储器结构，如图6所示，其与实施例一的区别在于主架2同一侧可分布至少两个第二滑轨4，每个第二滑轨4上可分布至少两个读写组件5，同一第二滑轨4上相邻两个读写组件5由设置于两者间的防撞限位环41隔开，以避免两者相撞。如有必要，防撞限位环41也可安装于第一滑轨3上。
其中，位于主架同一侧的相邻两读写组件5的安装方向不同，以避免两个导磁铁芯542的边缘相撞。
如上所述的安装方向不同的读写组件5所配备的读写头55的长度不同。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光磁存储器结构，其特征在于，包括安装有存储盘片阵列的主架，主架横向的两侧对称安装第一滑轨，位于主架同一侧的第一滑轨之间连接一个或多个第二滑轨，所述第二滑轨滑动连接有读写组件；
其中，所述读写组件包括连接于振动臂一端的读写头、设于振动臂侧面的电磁铁，电磁铁与振动臂另一端通过连接杆连接为一体；通过电磁铁以设定周期产生磁场吸引振动臂带动读写头作简谐振动，以使读写头在存储盘片表面形成设定数据读写轨道；
所述连接杆，一端与振动臂设置齿条段的一端连接，另一端连接电磁铁，通过直线运动机构使振动臂、连接杆、电磁铁及读写头形成的整体沿竖直方向移动，以调节振动臂的伸出长度，从而调节简谐振动的频率；
主架呈H型结构，包括支撑部和盘片安装部，盘片安装部设置为矩形结构，支撑部侧面设置信号接口，盘片安装部设有若干卡槽用于放置存储盘片，卡槽沿盘片安装部横向、纵向呈多排多列分布；
所述数据读取轨道呈蛇形结构。
2.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述读写组件还包括能够沿第二滑轨长度方向移动的活动底座，振动臂安装于活动底座一侧且伸出活动底座的长度可调节。
3.根据权利要求2所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述振动臂通过直线运动机构与活动底座相连，活动底座一端设置第一限位凸起，另一端设置第二限位凸起；
所述直线运动机构能够带动振动臂使其远离读写头的一端在第一限位凸起与第二限位凸起之间运动。
4.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述电磁铁包括电磁线圈和导磁铁芯，电磁线圈绕于导磁铁芯外侧。
5.根据权利要求4所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述导磁铁芯呈C字型结构包覆于振动臂端部振幅区域。
6.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述读写头垂直于振动臂的振动平面和存储盘片所在平面，读写头端部与存储盘片表面留有间隙。
7.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述存储盘片表面为数据存储面且镀保护膜，每个存储盘片与主架可拆卸连接。
8.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述第二滑轨安装多个读写组件时，相邻读写组件位于第二滑轨的不同侧。
9.根据权利要求1所述的一种光磁存储器结构，其特征在于，所述主架能够竖直安装，其侧面设有信号接口，主架端部设置有级联件。
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