利用低磁通密度的固態掃描換能器的製作方法
2023-10-04 04:28:44 3
專利名稱：利用低磁通密度的固態掃描換能器的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及用以在信號發生或利用設備與諸如磁帶或磁碟之類磁存儲媒介之間傳遞信息的類型的磁換能器。更準確地說，本發明涉及一種固態掃描換能器，其中有選擇地激活部分換能器以便沿存儲媒介的不同部分記錄和(或)再現信息。
一般說來，本發明所屬類型的磁換能器一般包含一個在兩磁極之間備有非磁性間隙的高導磁率磁性材料的磁芯。該間隙阻斷了在磁芯內流通的磁通路徑，從而使磁通量從磁芯間隙散射。在常規換能器中，該散射磁通量直接耦合進磁存儲媒介。按照所關心信息改變或調製磁通的大小和(或)極性給磁存儲媒介中磁偶極子定向，從而記錄該信息。其後，將各偶極子產生的磁通耦合到由磁芯確定的磁通路徑，並通過恰當定位的繞組加以檢測從而再現所述記錄的信息。上述按照所關心信息調製的磁通被稱為「信息磁通」。
在常規的磁換能器中，存儲媒介與換能器間信息磁通的耦合出現在換能器的整個寬度上。在這裡，換能器的「寬度」定義為與磁芯和媒介之間介面平行、並與環繞磁芯和橫跨間隙的磁通方向正交的尺寸。在存儲媒介上記錄時變信息時，存儲媒介與換能器彼此相對運動。以各種不同方式實現上述相對運動就導致若干不同的記錄格式。在一種格式中，象磁帶那樣的存儲媒介沿著與換能器寬度垂直的縱向通過換能器。在該格式中，信息記錄在磁帶一條沿磁帶長度方向延伸的磁跡上。
為了努力加大磁帶上記錄信息數量，已知用機械方法使換能器對磁帶作高速相對運動，使其間隙橫掃磁帶的寬度。在用這種方式記錄信息的設備中，換能器的寬度比磁帶的要小得多，並且，換能器以與磁帶移動的縱向相垂直的方向橫掃磁帶。
例如，在某些換能裝置中，換能器安裝在一個環繞一般與磁帶傳輸方向平行的軸旋轉的磁鼓上。由於該動作的結果，換能器規定了基本上垂直於磁帶縱向尺寸的磁軌。換能器以這種方式反覆掃描，加上磁帶的縱向傳輸，就產生了跨越磁帶寬度延伸並沿磁帶長度依次間隔開的離散平行磁軌。
儘管換能器的橫向掃描大大地增加了存儲在磁帶上的信息量，但顯然磁帶和換能器之間的接觸，加上換能器的高的相對速度，卻也增大了磁帶和換能器所受的磨損量。為了努力把這種磨損減到最小，已經開發出各種固態掃描換能器。代替換能器的機械動作，固態換能器利用磁學方法和(或)電子的方法有選擇地控制換能器上在換能器和媒介之間傳遞信息磁通的有限部分的位置。在某些已知的裝置中，通過有選擇地使換能器的一些部分飽和而又使鄰近部分保持不飽和狀態的控制磁通來限定該有限部分。信息磁通僅在換能器的不飽和部分流動，因而將其限於有限區。在本發明的上下文中，將藉以使磁通在換能器和記錄裝置之間進行耦合的換能器的上述有限區稱為「信號傳遞區」。通過改變控制磁通，使已飽和部分的位置沿換能器寬度變化，該信號傳遞區便橫掃換能器。例如，在美國專利第3，391，254號、第3，435，440號、第3，555，204號和第4，322，763號公開了用這種方法操作的不同類型的固態掃描換能器。
如列舉的這些專利所說明的，可用不同方法來使用控制磁通，以實現信號傳遞區的掃描。在另一種類型的固態掃描換能器中，與列舉的這些專利中所述的那些不同，信號轉換區限定與磁芯本身明顯不同的材料的無隙導磁體中。本發明與上述後一種類型的換能器有關。在這種特殊類型的固態掃描換能器中，磁芯中形成的控制磁通由非磁性間隙耦合到磁性接近記錄媒介和磁芯的有關差別的磁性材料本體這種材料的本體跨接磁芯的間隙，本文將其稱為「銜鐵」。該銜鐵為通過其非磁性間隙離開磁芯的磁通定義一個路徑。為實現信號轉移區的掃描，該控制磁通是沿該間隙寬度方向上的梯度而產生的。在磁通密度較高的位置上，控制磁通足以有選擇在使銜鐵材料部分飽和。銜鐵材料的有選擇的飽和有效地限制了在換能器和銜鐵本體之間信息磁通流動的區域。
為在這種類型的換能器中實現信息的記錄，在銜鐵內流通的信號磁通從銜鐵表面耦合到磁記錄媒介上。在信息再現期間，只有從記錄媒介發散並進入銜鐵信號轉換區規定的磁通才被信號繞組檢測出來。
因此，在任何一瞬間，在換能器和寬度上只有一個有限部分用於信息的記錄或再現，而不是其整個寬度都用來記錄和(或)再現信息。通過沿換能器的寬度變動控制磁通的梯度，銜鐵信號傳遞區的位置就得以改變。用這種方法，用磁學方法或電子學方法沿換能器寬度方向掃描信息磁通在換能器和記錄媒介之間進行耦合的位置，從而使非磁性間隙的不同位置對記錄媒介進行信息傳遞。
在題為「磁換能方法及裝置」國際專利申請(公開號WO 87/03729，
公開日期為1987年6月18日)中可發現有關這種類型換能器的進一步信息，其公開的內容在本文中結合作為參考文獻。這種類型的磁換能裝置在使用固態掃描換能器時具有很多優點，最好是在該裝置基礎上加以改進。一方面，最好提供一種不依賴磁飽和的固態掃描換能器來實現對信息磁通藉以流動的信號傳遞區的掃描。不利用磁飽和的掃描換能器可以低磁通情況下操作，因此可減少換能器的功率要求。此外，利用較低磁通量來限定信號傳遞區，可增大換能器的靈敏度，鑑於存在較小似然性使低電平和短波長信號信號有可被產生飽和需要的高的控制磁通所幹擾或去磁。
另一方面，最好是為控制磁通和信息磁通提供分開的路徑，最好以分開的結構使得這些磁通僅在銜鐵的信號傳遞區域內路徑交叉。通過使這兩種類型的磁通保持彼此分開狀態，可使兩者間的幹擾減至最小，因而進一步增大換能器的靈敏度。
按照本發明的一個方面，固態掃描換能器包括一個磁芯和一個銜鐵材料本體，在該本體中信號傳遞區是由一個與低磁通量區鄰接的高磁通量區限定的，而高通量區可以是飽和的也可以是不飽和的。控制磁通源耦合到銜鐵上，引導控制磁通沿相反方向流徑銜鐵。把控制磁通耦合到銜鐵使得在銜鐵的某些區，例如在磁芯寬度方向的兩端相反方向的磁通互不影響，因此各方向的磁通量比較高。而且，在其中間區，該反向流通的磁通彼此影響並引起相互抵消，結果形成比較低的磁通量。在該區中確定了一個空區(null zone)。在該空區中，控制磁通顯著少於銜鐵中反向流通的控制磁通彼此不影響的各區。結果，空區中的控制磁通對從鄰近磁存儲媒介發散出的信息磁通的變化敏感，因此，規定該空區為信號傳遞區。通過改變反向流動的控制磁通的相對比例，就可以使空區位置沿磁換能器寬度方向變化，因而移動或掃描信號傳遞區。
按照本發明的另一特徵，從磁存儲媒介耦合到銜鐵的信號傳遞區中的信息磁通並不象現行常規環形磁頭那樣被耦合到磁芯。相反地，該磁通對連接磁芯和銜鐵而產生的基準磁通進行調製。該調製在與鐵心關連的信號繞組中產生表示已記錄信息的一種時變電壓信號。在本發明一個最佳實施例中，通過從一種具有難磁化軸和通常正交的易磁化軸的磁各向異性材料構成銜鐵本體使基準磁通調製變得更為方便。在本發明再一個最佳實施例中，調製的基準磁通包含確定信號傳遞區的控制磁能。由磁芯感生該基準磁通並將其從磁芯耦合到銜鐵本體。銜鐵本體對磁芯間隙如此定向，使得銜鐵本體中的基準磁通基本上沿難磁化軸向流動。此外，使銜鐵本體相對於記錄媒介定向得使從磁存儲媒介耦合到銜鐵的信息磁通基本上沿易磁化軸向流動。沿易磁化軸流動的這種信息磁通在銜鐵材料中引起沿其難磁化軸的磁導率方面的變化。磁導率方面的所述變化在銜鐵材料的磁阻方面產生一種相應變化，結果形成沿難磁化軸流動的基準磁通的變化。在與基準磁通磁耦合的信號繞組或類似裝置中檢出這種磁通變化，從而再現磁記錄的信息。
本發明的其他特徵，以及由此提供的優點，參照附圖中所示的最佳實施例在下文將更詳細地加以說明。
圖1是按照本發明構造和操作的磁換能裝置的透視圖，圖2是說明圖1的換能裝置的視圖，它說明了將控制磁通耦合到換能器以形成用以在換能器和記錄媒介間傳遞信息磁通的空區的方式，圖2A是圖2換能裝置銜鐵20表面的垂直剖視圖，說明銜鐵中控制磁通流動，圖3和4A-4D是銜鐵的正視和側視圖，說明圖1的換能裝置沿換能器寬度方向掃描空區的方式，圖5A和5B是類似於圖4B-D的圖，說明控制磁通的大小對於信號傳遞區寬度的影響，圖6是說明在磁性材料中難和易磁化軸的總示意圖，圖7-9是說明易磁化軸磁通對於難磁化軸的磁導率效應的B-H曲線圖，圖10是說明圖1的換能裝置中磁帶磁通與銜鐵磁化軸關係的透視圖，圖11是說明記錄在記錄媒介上的信號和從記錄在媒介中的信號再現信號的關係曲線圖，圖12是說明沿圖1換能裝置中銜鐵的易磁化軸耦合的偏置磁通效應的B-H曲線圖，圖13是說明當使用如圖12所示偏置磁通時、已記錄信號和根據已記錄信息再現信號的關係曲線圖，圖14是在磁換能裝置的另一個實施例中沿換能器寬度方向掃描空區的透視圖，圖15和16是進一步說明圖14的實施例中基準磁通沿換能器寬度方向確定空區的位置的方式的圖，圖17A和17B是說明具有不同記錄信息格式的磁跡的部分磁帶記錄媒介的圖，圖18A和18B是按照本發明用於記錄信息的換能裝置的側視圖，以及圖19是說明圖18A和18B的換能裝置處於記錄模式動行狀態時換能裝置中銜鐵的正視圖。
為了便於理解本發明及其操作原理，首先提到在圖1中總體示出的換能裝置的實施例。安排該圖示實施例再現存儲在記錄媒介(例如磁帶)橫向磁跡中的信息。該信息可通過常規的機構掃描磁頭或通過固態掃描磁頭記錄在磁帶上。但顯然本發明的原理並不局限於所示的實施例。相反地，它們可適用於各種不同的存儲媒介和記錄格式。
參照圖1，結合本發明原理的換能裝置的所示實施例包括由兩個極靴12和14組成的磁芯10。該磁芯10限定了磁通量16的流動路徑。在兩極靴之間、換能器的正面形成一非磁性間隙18。如圖1所示，間隙18可包含兩極靴之間的一個實際間隙，若要求的話，可用任何適宜的例如象玻璃那樣的非性材料填充該間隙，以便增加強度和整個鐵芯結構的完整性。按照眾所周知的磁學原理，該非磁性間隙導致磁通16從磁芯間隙位置處向外流散。為了便於磁芯的製作，也可在磁芯的背面極靴之間形成樣的的間隙19。
該換能裝置還包括一個磁性材料20的本體，該本體被安置在與前間隙18磁接近的磁芯表面。該磁性材料20的本體跨接磁芯中的間隙18，並為耦合來自磁芯的磁通22形成一條路徑。該材料20的本體被稱之為「銜鐵」。可將銜鐵20與極靴12和14直接接觸。例如，可藉助任何適宜的澱積技術將其形成的極靴上。用另一種方法，可藉助於諸如玻璃或空氣隙一類的非磁性材料的薄層使其與鐵芯隔開。在這種情況下，最好將間隔的厚度和區域加工成一定尺寸以便它對磁通量呈現出比間隙18更小的磁阻。
一種象磁帶24那樣的磁記錄媒介在磁芯10的對側靠近銜鐵20處通過。磁帶24包含以具有特殊定向的磁性狀態形式的磁記錄信息。為了說明起見，圖1中示出單一磁性狀態26。在運行中，將信息磁通從磁帶耦合到銜鐵20中。
在象以上指出的公開的國際專利申請那樣、包含一銜鐵的換能器實施例中，來自磁帶的信息磁通以從間隙18的一側上的銜鐵開始的連續路徑環繞磁芯10流動並返回到在間隙18的另一側上的銜鐵，然後返回到磁帶。當該磁通環繞磁芯流過時以常規方式被傳感，以便再現記錄的信息。然後，在本發明的換能器中，來自磁帶24的信息磁通並不流經磁芯10。相反地，銜鐵20與磁帶24為信息磁通量形成一閉合的環形路徑。在銜鐵20之內，來自磁帶的信息磁通方向橫切從鐵芯10耦合到銜鐵20的磁通16的方向。最好，這兩路磁通量沿正交路徑通過銜鐵20。
如在下文更詳細地加以說明的，經過銜鐵20的信息磁通量改變了銜鐵的磁阻並使流進磁芯10的磁通16大小被調製。藉助環繞會被已調製磁通連接的磁芯10而纏繞的信號繞組30傳感對磁通16大小的這種調製。作為在鐵芯10的磁通16中變化的結果，在繞組30中感生一種變化的電流或電壓，並將這電壓或電流耦合到一個適當的前置放大器32或類似物和關聯的處理電路系統(未示出)，以便檢索從記錄媒介再現的信息供設備使用。另一種方法是可用任何其他適當設備來感測由銜鐵20中信息磁通量引起的磁通16方面的變化，所述設備是裝入磁芯10的結構之內(例如，在背面間隙19中)，諸如霍爾效應裝置或磁致電阻元件之類響應磁通量變化的裝置。
按照本發明的一個方面，將換能裝置構造成可有選擇地對沿間隙18的寬度尺寸W、在預定位置流動的信息信息磁通敏感，而對間隙上其他位置的信息信息磁通不敏感。該結果是藉助於控制磁芯36來實現的，該控制磁芯36在換能裝置中產生一種控制磁通34，使其流過銜鐵20。參照圖2再對本發明該方面作進一步介紹。
控制磁芯36有座落在間隙18的同一側並在磁芯10的寬度方向W上彼此隔開的兩個極靴37、39。由磁芯36產生的控制磁通34，如圖2所示，沿著由磁芯和銜鐵20所形成的複合路徑流過。部分磁通沿第一路徑A直接從一極37經由銜鐵20流向另一極39。沿該路徑的磁通按平行於間隙18的方向流動，並不橫過貼近磁芯間隙18的位置。磁通的另一分量按照銜鐵20中的路徑B，該路徑橫過間隙18的位置。取決於其與極37與39相應的位置，在路徑B的控制磁通按不同方向並以不同大小流過間隙18。在圖的右上方轉角最靠近極37示出的銜鐵部分中，控制磁通從左流向右跨越間隙18的區域，如由標記「路徑1」的箭頭所示。在圖的左下方轉角最接近極39的銜鐵20部分中，控制磁通跨越靠近間隙18的位置按從右至左的方向流過，如由標記「路徑2」的箭頭所示。在銜鐵20相對於換能器寬度尺寸W的極端處，控制磁通的數值達最高水平。在貼近間隙18位置的銜鐵20中這些較高磁通量區，圖中用畫影線區域41加以表示。在銜鐵兩極端之間的中央，兩相反取向的磁通量相互幹擾亦即抵消，從而形成一空區42，該空區的特徵在於控制磁通量的數值比較低。
這個概念在圖2A中進一步加以舉例說明，圖2A是銜鐵20表面的垂直剖視圖。在該圖中，銜鐵區域中磁力線的密度表現出流過該區域中磁通的數值。因而，在銜鐵上和下端流過兩各自相反方向的磁通數值為其最大值。在這些區域中，一個方向的磁通不受另一方向磁通的影響。然而，隨著進向銜鐵的中央，一個方向的磁通量在越來越大的程度上受到另一方向磁通量的影響，因此，最後磁通值即作為結果產生的磁通越來越小。在銜鐵20的中央，朝兩個方向的磁通數值相等使得它們相互抵消從而淨磁通量為零。於是，淨控制磁通的數值從銜鐵寬度的這一頭到那一頭具有一種梯度。
再次參照圖2，在空區中，換能裝置對從磁帶24發散的信息磁通是敏感的。更具體地說，在銜鐵20的空區內的信息磁通量調製在該區中較少的控制磁通量數值的大小。控制磁通大小方面的變化歸因於由信號繞組30檢出的該區內流動的信息磁通。然而，在空區42以外的區域中，控制磁通34至少在數量上與從磁帶24發散的磁通相等，並能大得多。結果，來自磁帶24的信息磁通方面的變化並不同量地影響控制磁通，而且是不容易檢測到的，因此，空區42確定了一個信號傳遞區，通過該區從磁帶接收信息。
在許多場合，將信息用磁力存儲在磁帶記錄媒介的磁跡中，使這些磁跡以通常與相對於換能器傳輸磁帶方向橫切的方向定向。參照圖3，以不同取向的垂直磁狀態列26示出這些磁軌，可用機械或固態掃描換能器進行記錄。在圖3示出裝置的情況下，其中，空區42大致位於沿換能器寬度尺寸W的中間，只有在垂直延展磁軌的中央44處的磁狀態可被檢出。由於空區42所限定的信號傳遞區外面有較大強度的控制磁通34，因而換能器檢測不到在每一磁跡其他位置的磁狀態。這樣，通過用控制磁通限定空區，可使得換能器再現來自存儲媒介選定區段的信息。
按本發明的其它方面，可沿間隙寬度方向掃描信號傳遞區。再次參照圖1和2，在圖示實施例中，用產生掃描磁通48的掃描磁芯46執行信號傳遞區的這種掃描。針對磁芯10來安置掃描磁芯46使掃描磁通48象控制磁通34那樣以橫切間隙18寬度方向從銜鐵20本體的這一端流到另一端。然而，和控制磁通34不同，把掃描磁芯46放在適當位置以便全部掃描磁通48以同一方向跨越流過間隙18。例如，通過把掃描鐵心46的兩極置於間隙18的相對兩側，就可達到這種結果。
在圖4A-4D中更詳細地說明該掃描磁通的作用。圖4a是銜鐵20表面的平面圖，圖中以虛線說明控制磁通的兩個路徑A和B，並以實線說明掃描磁通的路徑C。圖4B-4D是銜鐵20和磁芯10的側視圖，以疊加於其上的線49表示磁場梯度的曲線。磁場梯度是掃描和控制磁通34和48組合的最後結果，在三個圖中分別示出掃描磁通48的三種不同情況。在這些曲線中，合成磁場梯度的正值表示在圖4A中從上到下(圖2中從左至右)方向沿換能器長度尺寸L的最後磁通量，而合成磁場梯度的負值表示朝相反方向的最後磁通量。對於圖4B中示出的特定情況來說，不存在來自磁芯46的掃描磁通，而由控制磁芯34產生的大致等量的控制磁通，如根據圖2A所描述的朝相反方向流過間隙18。結果，使信號傳遞區42大致位於換能器寬度W的中央。然而，當由磁芯46產生的掃描磁通48按圖4A中從上至下方向流過時，用代數方法被加到控制磁通34上，如圖4c中所示。結果，圖4A中從上至下流過間隙的最後磁通，即組合的控制和掃描磁通大於從下到上的最後磁通值。由於相反方向磁通量有關數值引起的這種變化，信號傳遞區移向左面，即朝向較少磁通的方向。通過增大從上到下掃描磁通量的數值，可使信號傳遞區進一步左移。相反，通過改變掃描磁通48的極性和(或)大小，如圖4D中所描繪的，可使信號傳遞區移向右面。通過控制加給掃描磁芯46的繞組50的電流大小和極性可獲得前述最後的磁通量，它依次確定沿間隙18寬度W信號傳遞區42的位置。通過把雙極三角形成鋸齒波形加給繞組50，如圖1和2中示意性地表示的，以沿銜鐵20的寬度W方向周期性地掃描信號傳遞區42。通過用這種方式掃描信號傳遞區，在沿磁帶24上橫向或垂直地定向磁軌25設置的有關磁狀態26定向方面的變化，如圖3中所示，可單獨地得到檢測，由此再現記錄在磁帶上的信號。
可通過改變控制磁芯36產生的控制磁通34的大小來控制空區42的寬度。在圖5A和5B中將進一步說明這個原理。例如，部分銜鐵20其中控制磁通的大小P小於基準值P來確定空區或信號傳遞區42。一般說來，值P大約等於從磁帶或其他記錄媒介耦合到銜鐵的磁通大小。在控制磁通的大於該值的場合，銜鐵的磁阻將不會受到來自磁帶磁通的影響，也說是將由較大數量的控制磁通有效地幹擾掉磁帶磁通的效應。然而，在控制磁通的大小約等於或小於耦合的磁帶磁通的空區42，由於磁帶磁通會影響換能器中控制磁通路徑的磁阻，故而由換能器可檢測到該磁帶磁通，其中可檢測到砂帶磁通的這種區域規定為信號傳遞區。
由圖5A中線52表示的基準值P的大小和控制磁通梯度的陡度確定空區42的寬度X。控制磁通梯度的陡度受控於由控制磁芯36產生的控制磁通量。例如，通過減少控制磁通34的數量，將如圖5B中所示使梯度曲線52「變平」。結果，銜鐵區域中控制磁通量少於基準值P時，將沿銜鐵寬度W的較大部分延展，結果形成一個較寬的空區42。在要求記錄具有長波長信息靈敏度的情況下，可能特別希望有這種結果。換句話說，通過減少控制磁通量可以增加換能裝置對長波長信號的靈敏度。
相反地，通過增加控制磁通量可減小空區42的寬度X。在將高存儲密度應用於信息記錄的場合，這種方法可能是合乎要求的。在這種場合下，在銜鐵靠近前間隙18的外側邊緣區，該控制磁通可能高到足以使該區飽和。銜鐵的邊緣是否已被飽和對本發明的操作並不重要。無論如何，因為信號傳遞區是由低控制磁通位置限定而不取決於飽和。
參照圖6-9說明來自記錄媒介24中磁狀態26的信息磁通28影響控制磁通的路徑磁阻的方法。在本發明的一個最佳實施例中，用磁各向異性材料構成銜鐵20。磁各向異性(magnetic anisotropy)是一個專業術語，該術語用於描述呈現最佳磁化方向的磁性材料。參照圖6，磁各向異性材料的最佳磁化方向稱為易磁化軸E，而將非最佳方向標記為難磁化軸F。一般，該兩軸是相互正交定向的。
參照圖7，當沿易磁化軸無磁通流過時，如圖7的B-H曲線中實線54所表示，難磁化軸的特徵是磁導率比較高。然而，當磁通沿易磁化軸流過時，就改變難磁化軸的磁導率，如圖8中由相對於原虛線曲線54的實線56所示。尤其是，難磁化軸的磁導率隨沿易磁化軸的磁通量(與磁通量方向無關)而減小。圖9中示出不同易磁化軸磁通量大小的各種不同難磁化軸磁導率的實例。
參照圖10，按照本發明的一個方面，將銜鐵20安排成使其難磁化軸F基本上沿磁通16流過磁芯並跨越間隙18的流向定向，而使易磁化軸E以從磁帶耦合進銜鐵20的信息磁通28的流向定向。這樣，離散磁狀態26貼近銜鐵20中空區的每一時刻，來自該狀態的信息磁通28降低了銜鐵難磁化軸磁導率。改變磁導率的頻率是掃描速率和所記錄信息波長的函數。由於銜鐵跨接磁芯10中的前間隙18，難磁化軸磁導率的磁阻在空區42的前間隙磁阻中也產生變化。按照在銜鐵難磁化軸中由從磁帶耦合進銜鐵磁通所產生的變化，上述磁阻變化調製銜鐵和磁芯間的磁通16。由信號繞組30傳感磁通16的這種調製，並在前置放大器32中加以放大。
在本發明的上下文中，把磁芯10與銜鐵20之間的、沿易磁化軸流過的信息磁通加以調製的磁通16稱之為「基準磁通」。在本發明的最佳實施例中，基準磁通16是流在信號傳遞區中控制磁通34的部分。如前所述，在信號傳遞區內，控制磁通34有低的密度。因此，在信號傳遞區內銜鐵的磁導率隨沿易磁化軸流過磁通而經受的變化大於信號傳遞區外區域中的變化。然而，必要時，該基準磁通可由分開的源產生。
應當指出，銜鐵材料為使從磁帶耦合的信息磁通影響從磁芯橫向流過磁通的路徑磁阻用不著是各向異性的。然而，在各向異性材料中這些影響得以非常充分地表示，由於這個緣故，所以在本發明的實現中最好使用各向異性材料。為了得到最佳結果，選擇作銜鐵的材料在易磁化軸磁化方向上應當有比較小的矯頑力。易磁化軸矯頑性越小，相對於沿易磁化軸給定磁通量的難磁化軸磁導率中的移位越大。結果，基準磁通的調製更大，由此增大在記錄信息檢測方面的靈敏度。對於銜鐵特別適合的材料是諸如有關非晶材料＃2714和鈷鋯鈮合金之類的非晶材料。最好是上述後一種材料，因為就物理意義上講它很硬，因而耐磨損，而且它很容易濺射。
在實用基礎上儘量把銜鐵20做得薄些還可增大換能器的靈敏度。隨著銜鐵厚度減小，對於某一給定信息磁通量來說難磁化軸磁導率方面發生更大的移位。另外，薄銜鐵較少導致渦流的產生。最好，銜鐵厚度在約1微米至約3微米範圍之內。
如前所述，易磁化軸磁通的效應在所記錄磁化的正式或負極性方面是單向的，當加到易磁化軸時，都含降低難磁化軸磁導率。作為這種現象的結果，在磁帶24上磁狀態每次變化就調製流到磁芯10和銜鐵20中的基準磁通。參照圖11，銜鐵磁導率變化引起繞組50產生的輸出信號51，對記錄信息47每一周期兩次從0變到最大值。因此，輸出信號的頻率是記錄磁化頻率的兩倍。
如想獲得難磁化軸磁導率的雙向擺動，可將偏置磁通沿銜鐵易磁化軸(即，以橫過沿難磁化軸流過的控制和基準磁通方向的方向)加到銜鐵。參照圖12，由一永久磁鐵21感生的輕微偏置磁通23，例如，在無信息磁通從磁帶耦合到銜鐵的情況下，使銜鐵20的磁導率從虛線曲線54減小這實線曲線53。當呈現來自磁帶的磁通時，它將與所述偏置磁通結合使磁導率移開實線曲線53。與偏置磁通23相同方向的信息磁通將加到其上以進一步減小磁導率，如虛線曲線55所示，相反地，相反方向的磁通將抵消該偏置磁通23並使磁導率移位到其原始位置，高於曲線54所表示的值。在這種配置情況下，輸出信號51的頻率將如圖13所示的原來記錄信息信號47的頻率相同。
圖14-16中示出用以產生橫過銜鐵寬度的控制磁通梯度的另一實施例。參照圖14，磁芯由一對前磁芯57、58和一對後磁芯59、60組成。兩個前磁芯中每一個為楔形，其方向為與換能器寬度W相對的方向。在兩前磁芯之間限定一間隙62。銜鐵64覆蓋兩前磁芯並跨接間隙62。銜鐵64的形狀與兩前鐵的組合形狀相稱。信號繞組66安置在間隙62中。
後磁芯59和60有相應的環繞它們而設置的控制繞組68和70。這些後磁芯產生以橫過間隙62的方向流經前磁芯57、58和銜鐵64的控制磁通，類似於圖1、2和10實施例中的控制磁通34。
楔形前磁芯57和58和後磁芯產生的控制磁通成相對取向的磁阻梯度。左前磁芯57呈現如圖14所示換能器從上到下方向增大的磁阻梯度。相反地，右前磁芯58的磁阻從下到上增大。
圖15和16中示出這些磁阻梯度的效應。圖15說明如果僅右後磁芯60的控制繞組70中饋給電流時會產生的控制磁通72。部分控制磁通將遵循路徑A，該部分控制磁通不橫過貼近前磁芯間隙62的區域。另一部分控制磁通72遵循路徑B，在該路徑中它從右至左橫過貼近間隙的部位，然後沿路徑C返回磁芯，在該路徑中，它再次橫過貼近間隙的部位，但以從左至右的方向。由於前磁芯58從下到上增大的磁阻梯度，從右至左比相反方向有更多磁通量流過間隙。結果，使在兩相反方向的磁通相互抵消的區域中形成的空區74位於更靠近換能器頂部之處。
由於楔形左前磁芯57是以與左前磁芯相反方向定向的，由左後鐵心59產生並流在該前磁芯中的控制磁通76具有相反的效應。更具體地說，參照圖16，當相等電流流過控制繞組68和70中時，朝相反方向橫過間隙62的磁通量將大致相等，因此，空區74會大致位於換能器寬度尺寸W的中央處。如果加大一個控制繞組中的電流值，和(或)減小另一控制繞組中的電流，空區74的位置將朝具有較大電流數值繞組所確定方向移位。這樣，如果右控制繞組70加大電流而左控制繞組減小電流時，參照圖16中所示空區將向上移。隨著加大兩繞組間的電流差值，空區74將位於靠近換能器下部的邊緣。
再次參照圖10，應該注意記錄在磁帶上各自的磁狀態與銜鐵20的易磁化軸具有相同朝向。明確地，在圖10所繪的實施例中，易磁化軸朝換能器寬度尺寸W的方向延伸，而換能器已定向，以致易磁化軸與記錄在磁性媒介中的磁狀態26同向，使得從磁帶24耦合到銜鐵20的磁通28以該方向流經銜鐵20。因此，換能器對以信號傳遞區42的掃描方向流過的信息磁通敏感。一般，當按掃描方向定向磁狀態時，記錄媒介(例如磁帶)被指定為是「縱向磁化」。
儘管圖10所示實施例具體適合於再現已按該格式記錄的信息，但並不限於此。參照圖17A和17B，圖中分別示出有兩橫向定向的磁跡80和82的磁帶部分。在圖17B所示磁帶中，通過縱向磁化把信息存儲在磁軌80中，由於按磁軌寬度方向定向磁狀態。相反，在圖17A中，通過橫向磁化把信息存儲在磁帶的磁跡82中。換句話說，各單獨的磁狀態是水平地定向的，對磁軌寬度方向為橫向。
對於按圖17A的橫向格式記錄的信息來說，顯然，當磁軌直接與換能器的間隙18對準時，來自記錄磁狀態的信息磁通將朝沿銜鐵難磁化軸方向流經銜鐵20，而不是沿其易磁化軸的方向。象這樣，在磁跡的間隙對準的同時，能可靠地檢測到的基準磁通的調製可能會太小。然而，在磁跡周邊有包含垂直方向分量的磁通量。更準確地說，如圖17A中由虛線83所示，貼近按相反方向定向的記錄雙極，如虛線所示在它們之間形成的磁通量。當所述磁通量與換能器的間隙18對準時，本發明的換能器結構可檢出這些磁通量的垂直分量。另句話說，為再現如在磁跡82中用橫向磁化記錄的信息，在對磁跡的邊緣而不是磁跡的中央進行磁帶的實際掃描時與換能器的前間隙18對齊。這樣，就可用本發明的換能裝置再現諸如由許多常規的、機械掃描記錄機構提供的或為縱向磁化或為橫向磁化記錄的信息。
用本發明的換能裝置可把信息記錄在磁帶上以及從其再現。在進行記錄時，銜鐵材料的磁各向異性在被用以在換能器和記錄媒介間起信息傳遞作用。當然，其主要差異在於將信息磁通從銜鐵耦合到記錄媒介，而不是如再現信息時以相反方向進行。為提供這種磁通量，將信息磁通源耦合到換能裝置。最好把信息磁通耦合使其沿銜鐵的易磁化軸流動。
參照圖18A和18B，示出兩種可選擇的用以產生信息磁通的結構。如圖18A所示，可環繞換能器的主磁芯10設置帶有一關聯信號繞組86的信號磁芯84。該信號磁芯的兩極88、90沿換能器寬度尺寸W方向被隔開，由此產生流經銜鐵20沿其易磁化軸(即在所示出實施例中垂直方向)的磁通92。
如圖18B中所示，可將信號磁芯94置於離開主磁芯10的磁帶24的旁邊，而不是將其環繞磁芯10設置。該磁芯的磁極也沿換能器寬度尺寸方向被隔開，以產生流經銜鐵沿其易磁化(垂直)軸的磁通。由於該信號磁芯有較小的尺寸，也不太可能影響掃描磁芯的位置，所以可能這種可選結構更為理想。
參照圖19最佳說明了在記錄模式中換能器的操作方法，該圖示出用於圖18A和18B所示實施例銜鐵20的表面。為便於說明起見，將信號磁芯84按照設置於磁芯和銜鐵旁邊加以示出。如前所述，來自控制鐵心的控制磁通34朝兩個相反方向橫過銜鐵，從而形成一低磁通量的信號傳遞區42。該控制磁通沿銜鐵的難磁化軸流動。來自信號磁芯84的信息磁通92沿銜鐵的易磁化軸流動。在空區42外銜鐵區域中，控制磁通在數量上大於空區內的信息磁通量。結果，信息磁通量對銜鐵材料的的磁導率有很小或無影響。然而，在空區42內該控制磁通十分小，相應地沿易磁化軸流動的信息磁通92在材料的磁導率方面有更為顯著的作用。特別是使空區42內的磁導率降低到某些信息磁通96從銜鐵散射到貼近記錄裝置24的範圍，從而在媒介中使磁狀態定向並由此存儲信息。
這樣，通過對與控制磁通相對的信息大小的適當控制，就形成使信息磁通從銜鐵散射並磁耦合到記錄媒介的小磁導率信號傳遞區。另外，可沿換能器寬度掃描信息傳遞區的位置，例如，藉助如前所述的一個掃描磁芯，由此把信息記錄在橫過記錄媒介寬度的不同位置上。
顯然，在不脫離本發明精神或重要特徵前提下，熟悉本技術領域的人士可按其他特定形式來實施本發明。因此，現行公開了的各實施例在各方面都是舉例說明性而並非限制性的。本發明的範圍由權利要求書而不是前面的說明書指定，旨在其等價的意義和範圍之內的所有變化都包括在其中。
權利要求
1.一種用以再現包含在從磁記錄媒介耦合到換能裝置的信息磁通形式中的磁記錄信息的磁換能裝置，它包含一個包括其間具有非磁性間隙的兩磁極的磁芯，一個位於磁接近所述記錄媒介和所述間隙中每一個的磁性材料本體，所述磁芯和磁性材料本體共同規定一磁通量路徑，用以產生流經所述磁性材料本體中所述磁通路徑的控制磁通的裝置，所述控制磁通在鄰近所述間隙的所述本體中規定一個具有比較小控制磁通量的第一區，並在鄰近所述間隙的所述本體中至少規定一個具有較大控制磁通數量的區，在所述本體中確定的第一區耦合在所述記錄媒介和所述本體之間的信息磁通，以及用以檢測由從所述記錄媒介耦合到所述本體的所述第一區信息磁通引起所述磁通路徑中磁阻變化的裝置。
2.權利要求1的換能裝置，其特徵在於在所述本體中確定所述第一區以與所述記錄媒介形成一閉合環形磁通路徑，用以耦合所述記錄媒介和所述本體間的信息磁通而不流經所述磁芯。
3.權利要求1和4的換能裝置，其特徵在於另外而包括用以調整所述控制磁通以便沿所述間隙方向改變所述第一區位置的裝置。
4.一種對記錄媒介用以傳遞磁確定信息的磁換能裝置，它包含一個包括其間具有非磁性間隙的兩磁極的磁芯，一個具有可變磁導率並磁鄰近所述間隙而安置的磁性材料本體，所述磁芯和磁性材料本體共同確定一磁通路徑，以及用以產生在所述磁性材料本體中以所述磁通路徑流動的控制磁通的裝置，所述控制磁通在所述本體中規定一個較小磁通量的第一區和在較在磁通量所述本體中至少另一個區。
5.權利要求4的磁換能器，其特徵在於磁性材料本體是由具有限定可變磁導率的一易磁化軸和一難磁化軸的材料構成的，所述軸之一以對應於兩磁極分開方向的方向定向，而所述磁通路徑按所述一軸的方向延展。
6.權利要求19的換能裝置，其特徵在於使所述基準磁通在所述本體中以橫過流經所述本體的所述信息磁通流向的方向流動。
7.權利要求6的換能裝置，其特徵在於所述基準磁通和所述信息磁通按基本上垂直的方向流經所述本體。
8.權利要求19的換能裝置，其特徵在於所述基準磁通由所述控制磁通發生裝置產生，並在所述本體的所述第一區中流動。
9.權利要求19的換能裝置，其特徵在於所述本體是由有比較高磁導率的具有一易磁化軸和一難磁化軸磁性材料所構成，所述基準磁通在所述本體中基本上沿所述難軸化軸流動。
10.權利要求9的換能裝置，其特徵在於相對於所述記錄媒介設置磁性材料的所述本體，使得以所述記錄媒介耦合到所述本體的所述第一區的信息磁通按基本上沿所述易磁化軸的方向流動。
11.權利要求1的換能裝置，其特徵在於所述本體的所述第一區是由鄰近所述間隙的所述本體區域組成的，在所述第一區中所述控制磁通的大小約等於或小於從所述記錄媒介耦合的信息磁通大小，而所述第二區也是由所述本體的區域組成的，其中所述控制磁通的大小大於從所述記錄媒介耦合的信息磁通。
12.權利要求14的換能裝置，其特徵在於所述本體在其第一和第二部分之間有一區域，在該區域中控制磁通量朝相反方向相互抵消從而形成一低磁通區，以確定具有比較小控制磁通的所述本體的所述第一區。
13.權利要求12的換能裝置，其特徵在於至少在所述低磁通區的一部分所述控制磁通不以所述兩個方向的任一方向流動。
14.權利要求3的磁換能裝置，其特徵在於所述用以產生控制磁通的裝置包括具有一對與所述本體磁性耦合產生磁通的磁極的控制鐵心，所述磁通在所述本體第一部分中以橫過所述間隙的第一方向流過較磁通量，以及在所述本體第二部分中以較高以與第一方向相反並橫過所述間隙的第二方向流過較多磁通量，使得所述本體具有比較低磁通量的所述第一區位於所述第一和第二部分之間。
15.權利要求14的磁換能裝置，其特徵在於所述間隙的寬度尺寸正交於在所述本體的所述第一和第二部分中所述磁通路徑，而所述控制磁芯的磁極則按平行於所述間隙寬度尺寸的方向彼此隔開。
16.權利要求14的磁換能裝置，其特徵在於所述控制磁通調整裝置包括一個具有一對磁極的掃描磁芯，所述磁極磁耦合以產生在所述本體中僅以橫過所述間隙的所述相反方向之一流動的磁通，以及用以至少改變由所述掃描磁芯產生磁通的大小和極性之一的裝置。
17.權利要求16的磁換能裝置，其特徵在於所述掃描磁芯的磁極各由位於所述間隙的相對兩側。
18.權利要求1或4的磁換能裝置，其特徵在於另外還包括一個與所述磁通路徑電磁耦合以檢測所述磁通路徑磁阻變化的信息繞組。
19.權利要求18的磁換能裝置，另外還包括用以產生沿所述本體中所述磁通路徑和所述難磁化軸流過的基準磁通的裝置，其特徵在於所述信號繞組進行電磁耦合以檢測由所述磁通路徑磁阻變化所感生的所述基準磁通中變化。
20.權利要求5的磁換能裝置，其特徵在於另外還包括一個用以產生沿所述磁性材料本體中所述易磁化軸流動的磁通的信號磁芯。
全文摘要
磁換能裝置包括具有一間隙的磁芯和磁各向異性材料的本體，在該本體中規定一信號傳遞區。控制磁通橫過磁芯間隙並以兩相反方向流經本體。通過改變相反方向的控制磁通的相對比例，可沿磁換能器寬度方向改變空區的位置從而掃描信號傳遞區。從磁存儲媒介耦合到本體的空區中的磁通用於調製一偏置磁通，並檢測該調製以再現該記錄信息。在記錄模式中，信息磁通減小信號傳遞區的磁導率，使該磁通從本體散射並被耦合到存儲媒介。
文檔編號G11B5/39GK1052388SQ9010996
公開日1991年6月19日 申請日期1990年12月8日 優先權日1989年12月8日
發明者貝弗利·R·古奇 申請人:安佩克斯公司