JP2000011533A - ディスクドライブ装置 - Google Patents

ディスクドライブ装置

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JP2000011533A
JP2000011533A JP10173521A JP17352198A JP2000011533A JP 2000011533 A JP2000011533 A JP 2000011533A JP 10173521 A JP10173521 A JP 10173521A JP 17352198 A JP17352198 A JP 17352198A JP 2000011533 A JP2000011533 A JP 2000011533A
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switch
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Kanzo Okada
勘三 岡田
Hideaki Ishioka
秀昭 石岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハードディスクの回転数の切り換えを行う場
合でも消費電力を効率的に削減する。 【解決手段】 アイドルモードから記録/再生モードに
移行してスピンドルモータ4の回転数を上げる必要が生
じると、スイッチS1,S4はオンになり、スイッチS
2はオフになる。また、スイッチS3はオフになり、ス
イッチS4はオンになる。このとき、パワートランジス
タT1,T2は、オンになる。したがって、電気エネル
ギーが蓄積されているコンデンサCから電流が流れ出
し、この電流はスイッチS4,パワートランジスタT1
を介してスピンドルモータ4に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、携帯型のパーソナ
ルコンピュータに用いて好適なディスクドライブ装置に
関し、特に省電力化を図るディスクドライブ装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、携帯型のパーソナルコンピュ
ータ(以下、「ノートPC」という。)の記憶装置とし
て小型のハードディスク装置が用いられている。かかる
ハードディスク装置は、消費電力の低減と記録/再生動
作への復帰時間の兼ね合いから、複数のモードを使い分
けている。具体的には、ハードディスク装置の動作モー
ドとしては、以下のようなものがある。
【0003】(1)起動モード:停止状態から一定回転
数までスピンドルモータの回転を加速する。
【0004】(2)シークモード:ボイス・コイル・モ
ータを用いて磁気ヘッドを所定のトラック位置に移動す
る。
【0005】(3)記録/再生モード:磁気ヘッドがハ
ードディスクのトラック上にあるときに磁気ヘッドとハ
ードディスク間でデータのやりとりをして、記録/再生
処理を行う。
【0006】(4)アイドルモード:データの記録/再
生は実行せず、スピンドルモータとアクチュエータを通
常の動作状態にしておく。このとき、トラックに対する
磁気ヘッドの位置決め精度は必要なく、サーボシステム
のサンプリングレートを低く抑えることができる。但
し、位置誤差信号(PES)だけを復調器から再生す
る。
【0007】(5)スタンバイモード:スピンドルモー
タは停止状態で、磁気ヘッドは待機状態になっている。
但し、ハードディスクコントローラからの制御コマンド
は受け付ける。
【0008】(6)スリープモード:スタンバイモード
の状態からさらにインターフェースの電源も切断する。
ハードディスクコントローラからリセット信号を検出す
るために、信号線だけはアクティブな状態になってい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ノートPC
では、シークモードや記録/再生モードに比べて、アイ
ドルモードの状態が圧倒的に長い(約98パーセン
ト)。従って、アイドルモードでの電力削減が重要にな
る。また、ハードディスク装置の消費電力は起動時に最
も大きくなるので、起動モード時における消費電力を削
減することも極めて重要である。
【0010】アイドルモード時は、上述したようにデー
タトラックに対する位置決め精度は必要ないので、サー
ボシステムのサンプリングレートを低く抑えることがで
きる。また、PESセクタをスキップするスキップ・セ
クタ・サーボ方式では、再生回路とPES復調回路を定
期的に停止する。したがって、再生回路及びPES復調
回路の消費電力は、PES信号生成時にだけ電力を消費
する。今日における2.5インチのハードディスク装置
では、このスキップセクタ・サーボ方式を採用し、アイ
ドルモード時の消費電力及び消費電力量の削減を図って
いる。
【0011】また、スピンドルモータの起動時は、慣性
を持った物体を回転させるために、回転エネルギーを与
える必要がある。よって、起動時の消費電力と消費電力
量の削減は、ハードディスクの回転慣性の減少によると
ころが大きい。慣性は、ハードディスクの半径rの4乗
に比例し、ハードディスクの厚さtに比例する。すなわ
ち、回転エネルギーは、r4tに比例する。したがって、
ハードディスクの硬さを概ね一定に維持しながら、すな
わち、ハードディスクの静的変位量及び固有振動数を維
持しながら、ディスク径を小さくしかつ厚さを薄くする
ことにより起動時の消費電力及び消費電力量の削減を図
っている。
【0012】ここで、E.P.Harris,S.W.Depp,W.E.Pence,
S.Kirkpatrick,M.Sri-Jayantha,R.R.Troutman,”携帯型
コンピュータの技術トレンド”、日系エレクトロニク
ス、no.642,pp.147-173,August21,1995によると、回転
数3600[rpm]で2プラター2.5インチハード
ディスク装置の場合、アイドルモード時の消費電力の約
半分は、スピンドルモータによるものである。また、M.
Sri-Jayantha,H.Tokumitsu,A.Aoyagi"HDA Configuratio
n for Minimum Idle Mode Power by Optimum Read/Writ
e Head Positioning",IBM Technology Disclosure Bul
l.,Vol.36,No.06A,pp181-184,June1993によれば、回転
数6000[rpm]程度までの範囲において、スピン
ドルモータの消費電力とその回転数との間には線形的な
関係がある。したがって、アイドルモード時の消費電力
はスピンドルモータの消費電力と強い相関関係があると
考えることができ、さらに、スピンドルモータの回転数
を可能な限り低く設定することによって、アイドルモー
ド時の消費電力を抑制することができる。
【0013】かかる事実とスキップ・セクタ・サーボ方
式とを考慮すると、スピンドルモータの回転数を正常に
動作する範囲内で可能な限り低く設定することで、アイ
ドルモード時の消費電力を抑えることができる。さら
に、数ある動作モードの中でアイドルモードが占める時
間的割合を考慮すると、従来の動作モード切換方式に比
べてより消費電力を削減できることが分かる。
【0014】しかし、アイドルモードから記録/再生モ
ードへの切換を行うと、より高い回転数でスピンドルモ
ータを回転させる必要があり、多くのエネルギーを要す
ることになる。これでは、アイドルモードと記録/再生
モードとの間でスピンドルモータの回転数を変えて電力
削減を図っても、その分モード切換時にキャンセルされ
てしまう。
【0015】本発明は、このような実情に鑑みて提案さ
れたものであり、ハードディスクの回転数の切り換えを
行う場合でも消費電力を効率的に削減することができる
ディスクドライブ装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係るディスクドライブ装置は、円盤状記
録媒体を回転させるスピンドルモータと、上記スピンド
ルモータの慣性力によって発生するエネルギーを蓄積す
る蓄積手段と、回転速度が高い第1の回転モードで記録
及び/又は再生処理を行い回転速度が低い第2の回転モ
ードで待機するように上記スピンドルモータの回転駆動
を制御する制御手段とを備えるものである。
【0017】上記ディスクドライブ装置では、上記制御
手段は、上記第1の回転モードから上記第2の回転モー
ドに移行するときは上記スピンドルモータに供給される
電源を断って上記蓄積手段に上記スピンドルモータから
のエネルギーを蓄積させ、上記第2の回転モードから上
記第1の回転モードに移行するときは上記蓄積手段に蓄
積されたエネルギー上記スピンドルモータに供給してそ
の回転速度を高くする制御を行う。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。本発明は、ハードデ
ィスクの回転の減速時にその回転エネルギーをコンデン
サに回生し加速時にその回転エネルギーを利用するもの
であり、例えば図1に示す構成のハードディスク装置1
に適用される。
【0019】上記ハードディスク装置1は、磁気ヘッド
2a及びアーム2bとからなるヘッド部2と、ヘッド部
2を制御するヘッド/アーム駆動制御回路3と、ハード
ディスク10を回転駆動するスピンドルモータ4と、ス
ピンドルモータ4の回転を制御する回転スピンドル駆動
回路5と、記録信号/再生信号に所定の信号処理を施す
記録再生信号処理回路6と、ディスクインターフェース
部7と、バス8を介して接続されるハードディスクコン
トローラ9とを備える。
【0020】磁気ヘッド2aは、記録時には記録再生信
号処理回路6から供給されるデータを記録信号としてハ
ードディスク10に書き込み、再生時にはハードディス
ク10に記録されているデータを再生信号として読み出
して記録再生信号処理回路6に供給する。
【0021】ヘッド/アーム駆動制御回路3は、アーム
2bを所定のトラック位置にまでスライドしたり、ヘッ
ドが所定のトラック上をトラッキングするように制御す
る。
【0022】回転スピンドル駆動回路5は、例えばパル
ス幅変調方式によってスピンドルモータ4の回転速度を
制御する。
【0023】記録再生信号処理回路6は、磁気ヘッド2
aを介してハードディスク10から読み出された再生信
号を、バス8を介してハードディスクコントローラ9に
供給する。また、記録再生信号処理回路6は、磁気ヘッ
ド2aによって読み出された信号から位置誤差信号(P
ES信号)を抽出し、これをディスクインターフェース
部7に供給する。さらに、記録再生信号処理回路6は、
バス8を介して外部から供給される記録信号に所定の処
理を施して磁気ヘッド2aに供給する。
【0024】ディスクインターフェース部7は、記録再
生信号処理回路6からのPES信号をヘッド/アーム駆
動制御回路3,回転スピンドル駆動回路5に供給して、
サーボループを形成する。
【0025】また、ハードディスクコントローラ9は、
例えば図示しないパーソナルコンピュータのCPUから
バス8を介して供給される制御コマンドに基づいて、各
回路を制御する。
【0026】つぎに、スピンドルモータ4の回転駆動を
制御するための電源等の回路構成について図2を用いて
説明する。回転スピンドル駆動回路5は、スイッチS1
を介してパワートランジスタT1のベースに接続すると
ともに、スイッチS2を介してパワートランジスタT2
のベースに接続する。パワートランジスタT1のコレク
タは切換回路21に接続され、そのエミッタはスピンド
ルモータ4の正極とスイッチS2に接続される。
【0027】上記切換回路21は、パワートランジスタ
T1のコレクタに接続されるスイッチS3,S4を備え
る。スイッチS3はオンのときは端子Xに接続し、スイ
ッチS4はオンのときは端子Yに接続する。端子Xはス
イッチ23に接続され、端子YはダイオードD2のカソ
ードに接続されている。
【0028】タイマコントローラ22は、上述したハー
ドディスクコントローラ9により制御され、切換回路2
1のスイッチS3,S4のオン/オフの切換を行う。
【0029】スイッチ23は、端子L又は端子Hのいず
れかに設定される。端子Lは、ダイオードD1のカソー
ドに接続され、当該ダイオードD1を介して直流電源V
1の正極に接続される。また、端子Hは、直流電源V2
の正極に接続される。なお、直流電源V1,V2は直列
に接続され、直流電源V1の負極は接地されている。こ
れにより、端子L,Hの電圧は、それぞれVcc(=V
1),V’cc(=V1+V2)となる。
【0030】スピンドルモータ4の正極は、上述したよ
うにパワートランジスタT1のエミッタに接続され、さ
らにスイッチ2を介してダイオードD3のアノードに接
続される。また、スピンドルモータ4の負極は、パワー
トランジスタT2のコレクタに接続される。なお、パワ
ートランジスタT2のエミッタは、接地されている。
【0031】ダイオードD3のカソードは、コンデンサ
Cを介して接地されていると共に、ダイオードD2のア
ノードに接続される。なお、各スイッチSは、例えばト
ランジスタ等の半導体素子でもよく、ハードディスクコ
ントローラ9によってオン/オフが制御される。
【0032】つぎに、図3を用いて、スピンドルモータ
4の起動時の電流(又は電圧)とハードディスク10の
角速度の関係について説明する。なお、スピンドルモー
タのスピンドル軸に作用する回転トルクとそれによって
生じる角速度は、以下のような関係にある。
【0033】
【数1】
【0034】図3によると、スピンドルモータ4の起動
時には大きな電流が流れるが、ハードディスク10の回
転数が一定になると一定の電流が流れる。また、ハード
ディスク10の回転数を示すグラフは、時定数2πN/
(60τ0)を有する。このような時定数を有するグラ
フの特性から、図4に示すように、スピンドルモータ4
を回転数ゼロからアイドルモードを経て記録/再生モー
ド時の定格回転数NR/Wまで立ち上げる場合、直線のグ
ラフで示すことができる。さらに、スピンドルモータ4
は、定格回転数NR/Wになるとその後は一定の回転数を
維持する。
【0035】つぎに、動作モードの切り換えについて説
明する。動作モードは、第1乃至第3の動作モードがあ
る。第1の動作モードにおいては、回転スピンドル駆動
回路5は、スピンドルモータ4を回転数ゼロから一旦ア
イドルモード時の回転数Nidleにまで上げて、その後さ
らに定格回転数NR/Wにまで上げるようにする。
【0036】具体的には、最初に、スイッチ23を端子
Hに設定する。そして、スイッチS3をオンにすると共
に、スイッチS4をオフにする。さらに、スイッチS
1,S4をそれぞれオンにする。回転スピンドル駆動回
路5は、スイッチS1を介してパワートランジスタT1
に駆動電圧(駆動パルス)を与えると共に、スイッチS
4を介してパワートランジスタT2にオン電圧を与え
る。これにより、パワートランジスタT1はバイボーラ
駆動され、パワートランジスタT2はオンになり、スピ
ンドルモータ4に電源V’ccからの電流が流れて、ス
ピンドルモータ4の回転数を上げていく。
【0037】回転スピンドル駆動回路5は、スピンドル
モータ4が回転数Nidleになると、その回転数を維持す
るようにパルス幅変調をして、パワートランジスタT1
のバイボーラ駆動を行う。
【0038】その後記録/再生モードに移行すると、回
転スピンドル駆動回路5は、再びパルス幅変調をしてパ
ワートランジスタT1のバイボーラ駆動を行って、スピ
ンドルモータ4の回転数を定格回転数NR/Wにまで上げ
る。
【0039】そして、再生処理の終了後、記録/再生モ
ードからアイドルモードに移行すると、スイッチS1,
S4はオフになり、スイッチS2はオンになる。これに
より、スピンドルモータ4には電流が供給されなくな
る。しかし、スピンドルモータ4は、慣性力により回転
を続けることからその回転によるエネルギーを内部で電
気エネルギーに変換し、電圧を発生する。この電圧の極
性はスピンドルモータ4に印加される電圧と同じ極性で
ある。スピンドルモータ4は、スイッチS2,ダイオー
ドD3を介して、コンデンサCに対して電流を供給す
る。すなわち、コンデンサCには、スピンドルモータ4
の減速によるエネルギーが蓄積される。
【0040】再び記録/再生モードに移行してスピンド
ルモータ4の回転数を上げる必要が生じると、スイッチ
S1,S4はオンになり、スイッチS2はオフになる。
また、スイッチS3はオフになり、スイッチS4はオン
になる。このとき、パワートランジスタT1,T2は、
オンになる。したがって、コンデンサCから電流が流れ
出し、この電流はスイッチS4,パワートランジスタT
1を介してスピンドルモータ4に供給される。すなわ
ち、記録/再生モードからアイドルモードに移行すると
きの減速によって生じた電気エネルギーは、再び記録/
再生モードに移行するときにスピンドルモータ4に供給
され、スピンドルモータ4の回転数を上げるためのエネ
ルギーとして回生されることになる。換言すると、再び
スピンドルモータ4の回転数を上げるときは、その回転
の減速によって生じたエネルギーを回生することによっ
て、消費電力の削減を行うことができる。
【0041】なお、コンデンサCに蓄積された電気エネ
ルギーだけではスピンドルモータ4の回転数を定格回転
数NR/Wにまで上げることができないときは、タイマコ
ントローラ22が、スイッチS3,S4を切り換えるよ
うにしてもよい。具体的には、タイマコントローラ22
は、コンデンサCから流れる電流が小さくなったとき
に、スイッチS4をオフにし、スイッチS3をオンにす
る。このとき、スイッチ23は端子Lに設定する。スピ
ンドルモータ4は、パワートランジスタT1を介してコ
ンデンサCからの電流だけでなく電源Vccからの電流
も供給されることにより、十分に定格回転数NR/Wにま
で回転されるようになる。
【0042】また、スイッチS3,S4を同時にオンに
してもよい。すなわち、電源VccとコンデンサCの電
気エネルギーを同時に用いることにより、省電力化を図
りつつかつより高速にスピンドルモータ4の回転数を上
げることができる。なお、電源Vccでは電圧が不十分
なときは、スイッチ23を端子Lに設定して電源V’c
cを用いてもよい。
【0043】つぎに、第2の動作モードについて説明す
る。第2の動作モードにおいては、回転スピンドル駆動
回路5は、スピンドルモータ4を回転数ゼロから定格回
転数NR/Wにまで一気に上げる。
【0044】具体的には、最初に、スイッチ23を端子
Hに設定する。そして、スイッチS3をオンにすると共
に、スイッチS4をオフにする。さらに、スイッチS
1,S4をそれぞれオンにする。回転スピンドル駆動回
路5は、スイッチS1を介してパワートランジスタT1
に駆動電圧を与えると共に、スイッチS4を介してパワ
ートランジスタT2にオン電圧を与える。これにより、
パワートランジスタT1はバイボーラ駆動され、パワー
トランジスタT2はオンになり、スピンドルモータ4に
電源V’ccからの電流が流れて、スピンドルモータ4
の回転数を定格回転数NR/Wにまで上げていく。
【0045】すなわち、第2の動作モードでは、スピン
ドルモータ4の回転数をゼロから一気に定格回転数N
R/Wにまで上げていくので、第1の動作モードに比べて
定格回転数NR/Wになるまでの時間が短くて済むため、
消費エネルギーを少なくすることができる。
【0046】また、スピンドルモータ4の回転数を定格
回転数NR/Wからアイドルモード時の回転数Nidleにま
で下げるときの動作は、第1の動作モードと同様であ
る。
【0047】なお、スピンドルモータ4としては、定格
回転モータを用いても可変速モータを用いても起動時の
消費電力は同じになる。ここで、可変速モータとは、回
転数に応じて巻線量を変えるモータをいう。例えば、定
格回転モータの巻線量は磁気スペース一杯の状態である
とする。このとき、定格回転モータの銅線径をφAとす
ると、同じ巻線量でターン数を2倍にする場合は銅線径
をφA/√2にする必要がある。ここで、トルク定数を
KT、巻線抵抗をR、電流をi、トルクをT、消費電力
をPとおくと、スピンドルモータ4が定格回転モータの
場合は式(1)が成立し、スピンドルモータ4が可変速
モータの場合は式(2)が成り立つ。
【0048】
【数2】
【0049】式(1)及び式(2)によれば、定格回転
モータの場合と可変速モータの場合における回転数N
idleまでの起動時消費電力Pはそれぞれ同じ値(i.e.P
=4)となる。
【0050】つぎに、第3の動作モードについて説明す
る。第3の動作モードでは、スピンドルモータ4として
磁気スペース2Sでターン数可変の可変速モータを使用
する。具体的な電源回路等の動作としては、第1の動作
モードと同様に行う。但し、スピンドルモータ4の回転
数を回転数Nidleから定格回転数NR/Wにするときは、
スピンドルモータ4の巻線量を少なくし、定格回転数N
R/Wから回転数Nidleにするときはスピンドルモータ4
の巻線量を多くするように切り替える。
【0051】また、第3の動作モードでは、磁気スペー
スが従来の2倍(2S)であるので、銅線径が従来のま
までターン数が2倍になる。このとき、定格回転モータ
の場合は式(3)が成り立ち、可変速モータの場合は式
(4)が成り立つ。
【0052】
【数3】
【0053】式(3)及び式(4)によれば、可変速モ
ータは、定格回転モータの場合に比べて消費電力Pが1
/2になる。すなわち、従来の起動モードに比べて、起
動時の消費電力及び消費電力量を削減することができ
る。
【0054】すなわち、スピンドルモータ4のトルク定
数を変えることによって、起動時やアイドルモード時の
ように回転数が低く設定される場合であっても、トルク
定数を大きくして、消費電力を抑えながらも所望のトル
クに設定することができる。また、記録/再生モードの
ようにスピンドルモータ4の回転数が高い場合において
は、トルク定数が小さくなるように巻線量を切り替える
ことによって、トルクを低く抑えることができる。
【0055】以上のように、上記ハードディスク装置1
は、スピンドルモータ4の回転数が6000[rpm]
以下の場合において、回転数が少なければその分消費電
力を少なくすることができるので、アイドルモード時に
は記録/再生モード時よりも回転数を少なくして、電力
削減を行うことができる。
【0056】また、記録/再生モードからアイドルモー
ドに移行するときに生じる回転エネルギーをコンデンサ
Cに蓄積し、再び記録/再生モードに移行するときにそ
のエネルギーを回生することによって、モード切換によ
る電力消費を抑制することができる。
【0057】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るディスクドライブ装置によれば、第1の動作モードか
ら第2の動作モードに移行するときはスピンドルモータ
に供給される電源を断って蓄積手段にエネルギーを蓄積
させ、第2の動作モードから第1の動作モードに移行す
るときは蓄積手段に蓄積されたエネルギーをスピンドル
モータに供給してその回転速度を高くすることにより、
モード切換によって生じる電力消費を抑制して、省電力
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したハードディスク装置の構成を
示すブロック図である。
【図2】上記ハードディスク装置の電源回路の構成図で
ある。
【図3】起動時から記録/再生モードになるまでのスピ
ンドルモータに流れる電流を示す図である。
【図4】アイドルモードから記録/再生モードになると
きにスピンドルモータに流れる電流を示す図である。
【符号の説明】
1 ハードディスク装置、4 スピンドルモータ、5
回転スピンドル駆動部、9 ハードディスクコントロー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円盤状記録媒体を回転させるスピンドル
    モータと、 上記スピンドルモータの慣性力によって発生するエネル
    ギーを蓄積する蓄積手段と、 回転速度が高い第1の回転モードで記録及び/又は再生
    処理を行い回転速度が低い第2の回転モードで待機する
    ように上記スピンドルモータの回転駆動を制御する制御
    手段とを備え、 上記制御手段は、上記第1の回転モードから上記第2の
    回転モードに移行するときは上記スピンドルモータに供
    給される電源を断って上記蓄積手段に上記スピンドルモ
    ータからのエネルギーを蓄積させ、上記第2の回転モー
    ドから上記第1の回転モードに移行するときは上記蓄積
    手段に蓄積されたエネルギー上記スピンドルモータに供
    給してその回転速度を高くする制御を行うことを特徴と
    するディスクドライブ装置。
  2. 【請求項2】 上記制御手段は、上記第2の回転モード
    から上記第1の回転モードに移行するときは、上記蓄積
    手段に蓄積されたエネルギーの他に電源を上記スピンド
    ルモータに供給してその回転速度を高くすることを特徴
    とする請求項1記載のディスクドライブ装置。
  3. 【請求項3】 上記スピンドルモータは、トルク定数が
    切り換えられる巻線構造を有し、 上記制御手段は、上記第1の回転モードの時は上記スピ
    ンドルモータのトルク定数が低くなるように巻線構造を
    切り換え、上記第1の回転モード以外の時は上記スピン
    ドルモータのトルク定数が高くなるように巻線構造を切
    り換える制御を行うことを特徴とする請求項1記載のデ
    ィスクドライブ装置。
  4. 【請求項4】 上記制御手段は、起動時には停止状態か
    ら上記第1の回転モード における回転速度になるよう
    に上記スピンドルモータを制御することを特徴とする請
    求項1記載のディスクドライブ装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100660938B1 (ko) 2006-01-25 2006-12-27 오산티아이디 주식회사 Edlc와 전류제한 ic가 모듈화되어 내장된 하드디스크드라이브

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