Шпиндельний двигун відповідає за обертання пакета магнітних пластин, що дозволяє зчитувати з них дані за допомогою головок. Він повинен надавати стабільне кероване обертання протягом десятків тисяч годин.
Протягом багатьох років жорсткі диски мали однакову швидкість обертання пакету магнітних пластин. Впродовж останнього десятиріччя виробники жорстких дисків постійно намагаються збільшити швидкість обертання шпиндельного двигуна з метою збільшення швидкості доступу і читання / запису.
Існує кілька обмежень, яким повинен задовольняти шпиндельний двигун:
- Двигун повинен бути дуже якісним, щоб працювати на протязі багатьох тисяч годин і витримувати тисячі циклів включення / вимикання.
- Двигун повинен крутитися без будь-яких вібрацій і з постійною швидкістю.
- Двигун не повинен бути джерелом надмірного тепла або звуку.
- Двигун не повинен споживати багато енергії.
- Двигун повинен управлятися ззовні: повинна бути підстроювання частоти обертання тим чи іншим способом.
Все шпиндельні двигуни, використовувані в жорстких дисках, розроблені для роботи за принципом прямого контакту. При цьому немає ніяких передач, шестерень, ременів між самим двигуном і віссю, на якій крутяться пластини. Шпиндель безпосередньо зістикований з ротором двигуна. Пластини жорстких дисків виготовляються з центральним отвором, радіус якого дорівнює радіусу шпинделя. На шпинделі пластини відокремлюються одна від одної спеціальним розділовим кільцем, яке забезпечує потрібну відстань між пластинами в пакеті для роботи магнітних головок.
Робота, яку необхідно робити шпиндельного двигуна, залежить від ряду факторів:
- Розмір і кількість пластин в пакеті магнітних дисків, від якого залежить те, яким потужним повинен бути шпиндельний двигун.
- Швидкість обертання шпиндельного двигуна.
- Підтримка режиму енергозбереження.
Дуже важливими факторами для сучасних накопичувачів є кількість шуму, тепла і вібрації, вироблені жорстким диском. Саме ці проблеми виходять на перші місця в силу збільшуються швидкостей обертання. Ці фактори були менш помітні при швидкостях обертання порядку 3600 оборотів в хвилину, що було стандартом де-факто в минулому десятилітті. Нинішні накопичувачі мають швидкості до 15000 оборотів в хвилину, і можуть бути досить гучними в роботі. Сучасні накопичувачі в більшості випадків вимагають активного охолодження, розігріваючи до 60-70 градусів. Це не йде на користь ні підшипників, ні самої магнітної поверхні.
Критичним компонентом шпиндельного двигуна в жорсткому диску є підшипник. Більшість старих накопичувачів використовували звичайні кулькові підшипники. В даний час в нових накопичувачах використовуються гідродинамічні підшипники. У них роль кульок виконує масло. Таким чином знижується шум і нагрів підшипника при обертанні. В теорії такі підшипники повинні мати більший термін служби і, тим самим, збільшувати життя накопичувача. Однак, ймовірність заклинювання таких підшипників вище, і на практиці зупинка рідинних підшипників зустрічається значно частіше, звичайних кулькових підшипників.
Швидкість шпиндельного двигуна
В процесі розвитку жорстких дисків, виробники весь час намагаються зробити накопичувач більш швидким, ніж його попередник. Підвищення швидкості обертання шпиндельного двигуна - це один із способів як збільшення лінійної швидкості читання / запису, так і зменшення часу середнього доступу або позиціонування. Дані швидше пролітають над головкою, відповідно, зменшується час простою головки на треку в режимі очікування потрібного сектора.
Перші жорсткі диски, що використовувалися в ПК, мали швидкість обертання шпиндельного двигуна, рівна 3600 оборотів в хвилину. І наступні десять років ця швидкість залишалася незмінною. Однією з причин вибору саме цієї швидкості було використання двигуна змінного струму з частотою 60 герц (стандарт, прийнятий в США). Якби помножимо 60 Гц на 60 секунд, ми отримаємо шукане число 3600. На початку дев'яностих років минулого століття виробники жорстких дисків почали експериментувати зі збільшенням швидкості обертання шпиндельного двигуна, довівши її до 5400 оборотів в хвилину. І надовго саме ця цифра стала стандартом де-факто для швидкості обертання шпиндельного двигуна. Першими поріг в 7200 оборотів в хвилину взяли жорсткі диски з інтерфейсом SCSI. Це дозволило відточити технологію, і декількома роками пізніше, з'явилися накопичувачі з 7200 оборотів в хвилину зі стандартним інтерфейсом IDE / ATA. В даний час, деякі виробники випускають жорсткі диски зі швидкістю обертання шпиндельного двигуна, що дорівнює 10000 оборотів в хвилину і інтерфейсом IDE / ATA. Жорсткі диски з інтерфейсом SCSI вже кілька років, як подолали рубіж в 15000 оборотів в хвилину.
У таблиці наведено стандартні швидкості і середній час затримки для різних швидкостей обертання.
Швидкість шпиндельного двигуна
Середній час затримки, мс