JP2002300793A - ディスク記憶装置及びスピンドルモータの駆動制御方法 - Google Patents
ディスク記憶装置及びスピンドルモータの駆動制御方法Info
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- JP2002300793A JP2002300793A JP2001100536A JP2001100536A JP2002300793A JP 2002300793 A JP2002300793 A JP 2002300793A JP 2001100536 A JP2001100536 A JP 2001100536A JP 2001100536 A JP2001100536 A JP 2001100536A JP 2002300793 A JP2002300793 A JP 2002300793A
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- G11B19/20—Driving; Starting; Stopping; Control thereof
- G11B19/28—Speed controlling, regulating, or indicating
Abstract
電流の低減化を優先する場合とでスピンドルモータの駆
動制御を切り換える方式により、使用環境などに適した
ディスク記憶装置を提供することにある。 【解決手段】CPU10は、SPMドライバ61及び電
流波形生成回路62を制御して、通常の動作時には低消
費電力モードを優先して、スピンドルモータ3を矩形波
駆動制御により駆動させる。一方、CPU10は、ホス
トシステム20からの指示などに応じて、低騒音モード
を優先して、スピンドルモータ3を台形波駆動制御によ
り駆動させる。
Description
ドルモータによりディスク記録媒体を回転させるディス
ク記憶装置に関し、特に動作モードに応じたスピンドル
モータの駆動制御方式に関する。
するディスク記憶装置(以下ディスクドライブと表記す
る場合がある)では、記録媒体であるディスクはスピン
ドルモータ(SPM)に固定されて、高速回転される。
近年では、スピンドルモータとしては、3相ブラシレス
モータで、かつセンサレス型が広く用いられている。
ポーラ駆動方式が一般的である。図6に示す各矢印a〜
fは、u相、v相、w相の間での駆動電流が流れる方向
を示している。バイポーラ駆動方式は、u相からv相と
いうように二つの相に電流を流すので、一つの相にのみ
電流を流すユニポーラ駆動方式と比較して、同一の電流
で2倍のトルクを発生することができる。そのためコイ
ルの巻き数を少なくできるなどの利点がある。
置の検出方法として、回転により相に発生する逆起電圧
を検出する方式が一般的に用いられている。これは、逆
起電圧とロータの回転位置とが一定の関係にあることを
利用している。これにより、回転位置検出用のセンサを
不要にできるため、センサレス型モータは相対的に小型
化及び低コストを実現することができる。図7は、バイ
ポーラ駆動時の相に流れる駆動電流と発生する逆起電圧
との関係を示す。各相の端子電圧は、駆動電流が流れて
いないときは逆起電圧のみとなる。このため、センサレ
ス型モータでは、図7に示すように、相に電流が流れて
いない期間に、相の端子電圧から逆起電圧の検出が行な
われる。
うなパーソナルコンピュータの記憶装置だけでなく、デ
ィジタルテレビなどの各種のディジタル機器のデータ保
存装置として使用されるなど用途が広がっている。この
ようなディジタル機器では、データとして映像や音声が
含まれており、映像や音声をディスクドライブから読出
して再生することも多い。このため、ディスクドライブ
の駆動中に、スピンドルモータから発生する騒音が問題
になっている。
受構造のスピンドルモータを使用することにより、騒音
レベルを大幅に低減することができる。しかしながら、
騒音のトータルパワーレベルが下がることにより、相対
的に、モータ駆動における相切り換え時に発生するピュ
アトーンと呼ぶ高周波の電磁音が耳障りになる。
タに発生するトルクの変動が関係していることが確認さ
れている。図8(A)〜(C)は、バイポーラ駆動時
に、モータの各相に流れる駆動電流波形とロータに発生
するトルクとの関係を示す。図8(A)は、駆動電流波
形を矩形波に変化させる矩形波駆動制御の場合であり、
相切り換え時に急激なトルクの変動が発生することを示
している。従って、矩形波駆動制御の場合には、相対的
に高周波のピュアトーンが増大する。これに対して、図
8(B)に示すように、駆動電流の傾き(以下スルーレ
ートと表記する)を下げ、台形波状に変化させた台形波
駆動制御の場合には、相切り換え時のトルクの変動がな
だらかになる。従って、台形波駆動制御の場合には、相
対的に高周波のピュアトーンを低減することができる。
により、モータ駆動時のピュアトーンの低減化を図るこ
とができる。しかし、台形波駆動制御は、矩形波駆動制
御と比較して、効率が低下して消費電流が増加する。即
ち、ピュアトーンの低減化と消費電流の増加とは、いわ
ばトレードオフの関係にある。
波形を正弦波に変化させる正弦波駆動制御では、トルク
変動をほとんど無くすことができるため、ピュアトーン
を大幅に低減することができる。しかし、台形波駆動制
御より効率がさらに低下し、矩形波駆動制御と比較する
と、消費電流が1割程度も増加する。また、正弦波駆動
制御では、常に相に電流が流れるため、逆起電圧を検出
することができない。このため、センサレス型のスピン
ドルモータには採用できないという問題もある。
ンドルモータとして、流体軸受構造を採用することによ
り、騒音レベルを低減できるが、モータ駆動における相
切り換え時に生じるピュアトーンの低減化を図る必要が
ある。モータの駆動電流波形を台形波に変化させる台形
波駆動制御、あるいは正弦波に変化させる正弦波駆動制
御であれば、ピュアトーンの低減化を図ることができる
が、いずれも矩形波駆動制御と比較して、効率が低下
し、消費電流が増加する。
ては、3相ブラシレスでセンサレス型のモータにおい
て、パルス幅変調(PWM)方式の駆動制御を採用し、
スイッチ素子の相切り換わり時における駆動タイミング
を調整することで、相切り換え時の駆動電流の立ち上が
り、立ち下がりをなだらかにして、ピュアトーンの低減
化を図る方式(例えば特開平9−37584号公報を参
照)が提案されている。しかしながら、この先行技術で
は、ピュアトーンの低減化を図ることはできるが、モー
タの駆動効率の低下を伴う消費電流の増大化を回避する
ことはできない。
ータを駆動する方式において、センサレス型で、駆動電
流波形を正弦波に変化させる正弦波駆動制御を可能とす
る提案(例えば特開2000−278987号公報を参
照)もなされている。この先行技術では、相に流れる電
流の極性を検出する手段を有し、CPUはこの電流の位
相、通電信号の振幅及び周波数、ブラシレスモータの定
数(リアクタンス、コイル抵抗、トルク定数)から発生
する逆起電圧の位相を算出する。逆起電圧とロータの回
転位置とは一定の関係にあるので、これからロータの位
置が分かる。また電流極性の変化する周期から回転数が
分かるので、この周期と逆起電圧とに基づいて相へ電流
を供給するスイッチ素子の駆動タイミングを決定し、正
弦波状の駆動電流波形を生成する。これにより、センサ
レス型で正弦波駆動制御を実現し、ピュアトーンの低減
化を図ることができる。
れる電流から演算によって逆起電圧の位相を求めるた
め、CPUに負担がかかり、また演算にブラシレスモー
タの定数(リアクタンス、コイル抵抗、トルク定数)を
必要とするため、この値のばらつきや温度による変化も
考慮する必要があるなど、実用化には難点が多い。ま
た、前述したように、正弦波駆動制御は、相対的に消費
電流量が増大するという問題がある。
低減化を優先する場合と、消費電流の低減化を優先する
場合とでスピンドルモータの駆動制御を切り換える方式
により、使用環境などに適したディスク記憶装置を提供
することにある。
使用環境などに応じて、スピンドルモータの駆動制御
を、低消費電力モードの駆動制御(矩形波駆動制御)
と、低騒音モードの駆動制御(台形波駆動制御)とを切
り換える機能を有するディスク記憶装置に関する。
記憶装置を使用するホストシステムが、バッテリ駆動方
式を採用し、消費電流の低減化を優先する動作モードで
ある。一方、低騒音モードは、例えばホストシステムに
より音声データや映像データを再生するときに、低騒音
であることが要求されて、特にピュアトーンの低減化を
優先する動作モードである。
させるスピンドルモータと、スピンドルモータに駆動電
流を供給して駆動する駆動手段と、低騒音モード時には
台形波駆動電流により前記スピンドルモータを駆動制御
し、低消費電力モード時には矩形波駆動電流により前記
スピンドルモータを駆動制御するように前記駆動手段を
制御する制御手段とを備えたものである。
時には、低消費電力モードを優先して、スピンドルモー
タを矩形波駆動制御により駆動することにより、消費電
流を最小限に抑制することができる。また、ホストシス
テムからの指示などに応じて、低騒音モードを優先し
て、スピンドルモータを台形波駆動制御により駆動する
ことにより、スピンドルモータからの特にピュアトーン
を抑制することができる。
適合するように、スピンドルモータの駆動制御を実現で
きる。
受構造のモータを採用することにより、騒音レベルの全
体的低減化を図ることができる。また、ロータの回転位
置を検出する手段を有し、かつ消費電流の増大化が差し
支えない場合には、低騒音モード時に、台形波駆動制御
の代わりに正弦波駆動制御に切り換える構成でもよい。
として流体軸受構造でセンサレス型のモータを使用し、
台形波駆動制御によりスピンドルモータを駆動制御する
方式に関する。
レベルを相対的に抑制できる特性と共に、軸損が温度に
依存する特性を有する。即ち、台形波駆動時には、低温
時に駆動電流が増加し、駆動電流が流れる期間が長くな
る。このため、逆起電圧を検出できなくなり、また駆動
電流の位相が遅れるため、効率が悪化して消費電流が増
大化する。
温度の変化を監視し、低温変化時に、台形波駆動電流の
スルーレート(傾き)または立ち上がりタイミングを調
整することにより、逆起電圧の検出によりロータの回転
位置を確実に検出できる状態を維持する。
させる流体軸受構造のセンサレス型スピンドルモータ
と、スピンドルモータに駆動電流を供給して駆動する駆
動手段と、周囲温度の変化を検出する温度センサと、台
形波駆動電流によりスピンドルモータを駆動制御するよ
うに前記駆動手段を制御し、温度センサによる検出結果
に基づいて周囲温度の基準値に対する低温変化を検知し
たときに、台形波駆動電流の波形を変化させて、スピン
ドルモータの回転位置の検出が可能な状態を維持するよ
うに制御する制御手段とを備えたものである。
台形波駆動電流のスルーレートまたは立ち上がりタイミ
ングを変化させて、スピンドルモータの回転位置の検出
が可能な状態を維持するように制御する。
ている流体軸受構造のスピンドルモータを採用し、かつ
ピュアトーンの低減化を実現できる台形波駆動制御でス
ピンドルモータを駆動制御できる。従って、基本的には
回転位置検出用センサを必要とし、またセンサレス型の
場合には複雑な構成を要する正弦波駆動制御方式と比較
して、消費電流が相対的に少なく、かつ簡単な構成でセ
ンサレス型を採用することができる。
施の形態を説明する。
施形態に関するディスクドライブの要部を示すブロック
図である。
ハードディスクドライブ(HDD)を想定している。本
ドライブは、データ記録媒体であるディスク1と、ディ
スク1に対してデータのリード/ライト動作を行なうた
めの磁気ヘッド2とを有する。ディスク1は、後述する
スピンドルモータ(SPM)3に固定されて、高速回転
される。
CM)5により駆動されるアクチュエータ4に搭載され
ている。VCM5は、ヘッド位置決め制御系(サーボシ
ステム)での狭義の制御対象(プラント)であり、モー
タドライバIC6に含まれるVCMドライバ60により
駆動電流が供給される。モータドライバIC6は、VC
Mドライバ60と共に、後述するSPMドライバ61を
含み、CPU10により制御される。
スクアセンブリと共に、ヘッドアンプ回路7と、R/W
チャネル8と、ディスクコントローラ(HDC)9と、
CPU10と、メモリ11とを有する回路系を備えてい
る。
出力されるリード信号を増幅するリードアンプ及びライ
トデータ信号をライト電流信号に変換するためのライト
アンプを有する。R/Wチャネル8は、リード/ライト
データ信号(サーボデータ信号を含む)を処理する信号
処理用ICである。HDC9は、ドライブとホストシス
テム20(例えばパーソナルコンピュータやディジタル
機器)とのインターフェース機能を有する。
であり、SPMドライバ61及び電流波形生成回路62
を制御して、同実施形態に関係するスピンドルモータ3
の駆動制御を実行する。メモリ11は、フラッシュEE
PROMなどの書き換え可能な不揮発性メモリであり、
CPU10の制御に必要な各種データを保存する。
は、流体軸受構造でセンサレス型の3相ブラシレスモー
タからなる。SPMドライバ61は、CPU10の制御
によりSPM3に駆動電流を供給し、SPM3を駆動制
御する。電流波形生成回路62は、CPU10の制御に
より、SPMドライバ61から出力される駆動電流波形
を制御又は調整するための回路であり、後述するよう
に、矩形波駆動制御と台形波駆動制御とを切り換えるた
めの具体的構成要素である。
ドライブにおいて、図2のフローチャートを参照して、
第1の実施形態に関するSPM3の駆動制御方法を説明
する。
バッテリ駆動方式で駆動しており、低消費電力モードが
通常動作モードとして設定されている場合を想定する。
即ち、ホストシステム20からの起動コマンドに応じ
て、CPU10は、SPMドライバ61及び電流波形生
成回路62を制御して、SPM3を矩形波駆動制御によ
り駆動制御する(ステップS1のNO,S4)。これに
より、SPMドライバ61は、図8(A)に示すよう
に、矩形波駆動電流をSPM3に供給して駆動する(ス
テップS5)。
モータの駆動に要する消費電流を抑制できるため、ホス
トシステム20のバッテリ駆動による動作環境に適合さ
せることができる。
ライブのディスク1に保存されている例えば音楽データ
を読出して再生するアプリケーション・プログラムを実
行する場合を想定する。アプリケーション・プログラム
の実行に伴って、ホストシステム20から例えばAVコ
マンドが、HDC9に転送されたとする。CPU10
は、当該AVコマンドの受信に応じて、前記の低消費電
力モードから、スピンドルモータからの騒音(ピュアト
ーンを含む)を抑制するための低騒音モードを優先させ
る(ステップS1のYES)。
流波形生成回路62を制御して、SPM3を矩形波駆動
制御から台形波駆動制御に切り換える(ステップS
2)。これにより、SPMドライバ61は、図8(B)
に示すように、台形波駆動電流をSPM3に供給して駆
動する(ステップS3)。
騒音が求められる音楽再生などのアプリケーションの実
行時に、スピンドルモータを低騒音モードで駆動制御す
ることができる。これにより、特にピュアトーンを抑制
した低騒音の動作環境に適合させることができる。
ードが通常動作モードとして設定されている場合を想定
したが、これに限ることなく、バッテリ駆動時に、ホス
トシステム20からの指示に応じて、CPU10は低消
費電力モードでSPM3を駆動制御してもよい。
を検出する手段を有し、かつ消費電流の増大が差し支え
ない場合(例えばホストシステムがAC電源を使用して
いる場合)には、CPU10は、低騒音モードで正弦波
駆動制御に切り換えてよい(図8(C)を参照)。
参照して、第2の実施形態に関するSPM3の駆動制御
方法を説明する。
ルモータ3を使用している場合を想定している。このS
PM3は、前述したように、騒音レベルを相対的に抑制
できる特性と共に、軸損が温度に依存する特性を有す
る。このため、台形波駆動制御を実行している場合に、
図5に示すように、周囲温度が低温変化したときに、駆
動電流のレベルが増大し、駆動電流が流れる期間が長く
なる。このため、逆起電圧を検出できなくなり、また駆
動電流の位相が遅れるため、効率が悪化して消費電流が
増大化する事態となる。
周囲温度の変化を監視し、低温変化時に、台形波駆動電
流のスルーレート(傾き)または立ち上がりタイミング
を調整することにより、逆起電圧の検出によりロータの
回転位置を確実に検出できる状態を維持する。以下、図
3のフローチャート及び図4を参照して具体的に説明す
る。
に、温度センサ12から一定間隔で温度検出値を入力
し、ドライブの周囲温度の変化を監視している(ステッ
プS10)。周囲温度が常温のままであれば、CPU1
0は、台形波駆動制御を実行し、台形波駆動電流をSP
M3に供給して駆動制御する(ステップS11のNO,
S13)。
と、図4(A)に示すように、駆動電流の振幅が増加
し、駆動電流が流れる期間が長くなる。このため、逆起
電圧を検出する際にも駆動電流が流れて、ロータの回転
位置が検出できなくなる(ステップS11のYES)。
結果に基づいて低温変化を検知すると、図4(B)に示
すように、駆動電流のスルーレート(傾き)を変化させ
て、駆動電流の振幅が増加した場合でも、逆起電圧の検
出が可能となるように台形波駆動電流波形を調整する
(ステップS12)。これにより、駆動電流の位相が遅
れることも回避できるため、効率が低下せずに消費電流
が増加することも抑制できる。
の検出結果に基づいて低温変化を検知すると、図4
(C)に示すように、駆動電流の立ちあがりのタイミン
グを変化させて、駆動電流の振幅の増加に合わせて、駆
動電流の立ちあがりのタイミングが早くなるように調整
してもよい。この場合には、同じ駆動電流振幅でのスル
ーレートを下げることができると共に、同様に駆動電流
の位相が遅れることを回避できるため、効率が低下せず
に消費電流が増加することを回避できる。
動電流の振幅を直接検出して、それに合わせて駆動電流
のスルーレートあるいは立ち上がりのタイミングを切り
換える方法でもよい。
ィスク記録媒体をスピンドルモータにより回転させるデ
ィスク記憶装置において、ピュアトーンの低減化を含む
低騒音モードを優先する場合と、消費電流の低減化であ
る低消費電力化モードを優先する場合とでスピンドルモ
ータの駆動制御を切り換える方式により、当該各動作モ
ードに適合させることができる。従って、具体的には、
バッテリ駆動方式のように低消費電力モードや、低騒音
が求められる再生モード時などの低騒音モードでの使用
環境に適したディスク記憶装置を提供することが可能と
なる。
動電流のスルーレート(傾き)または立ち上がりタイミ
ングを調整することにより、流体軸受構造のセンサレス
型スピンドルモータでの逆起電圧の検出が可能である状
態を維持する。従って、低騒音特性に優れている流体軸
受構造のスピンドルモータを採用し、かつ低消費電力化
とピュアトーンの低減化を実現できる台形波駆動制御で
スピンドルモータを駆動制御できる。
要部を示すブロック図。
動制御方法を説明するためのフローチャート。
動制御方法を説明するためのフローチャート。
法を説明するための図。
図。
ための図。
圧との関係を示す図。
クとの関係を説明するための図。
Claims (14)
- 【請求項1】 ディスク記録媒体を回転させるスピンド
ルモータと、 前記スピンドルモータに駆動電流を供給して駆動する駆
動手段と、 低騒音モード時には台形波駆動電流により前記スピンド
ルモータを駆動制御し、低消費電力モード時には矩形波
駆動電流により前記スピンドルモータを駆動制御するよ
うに前記駆動手段を制御する制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするディスク記憶装置。 - 【請求項2】 前記制御手段は、通常動作時には前記低
消費電力モード時での駆動制御を実行し、ホストシステ
ムからの要求に応じて前記低騒音モード時での駆動制御
を実行するように構成されていることを特徴とする請求
項1記載のディスク記憶装置。 - 【請求項3】 前記制御手段は、ホストシステムからバ
ッテリ駆動を示す情報に基づいて前記低消費電力モード
時での駆動制御を実行するように構成されていることを
特徴とする請求項1記載のディスク記憶装置。 - 【請求項4】 前記制御手段は、通常動作時には前記低
騒音モード時での駆動制御を実行し、ホストシステムか
らの要求またはバッテリ駆動を示す情報に応じて前記低
消費電力モード時での駆動制御を実行するように構成さ
れていることを特徴とする請求項1記載のディスク記憶
装置。 - 【請求項5】 前記制御手段は、通常動作時には前記低
消費電力モード時での駆動制御を実行し、 ホストシステムが前記スピンドルモータの駆動時での低
騒音を求められるアプリケーション・プログラムを実行
するときに、当該アプリケーション・プログラムからの
所定コマンドに基づいて前記低騒音モード時での駆動制
御を実行するように構成されていることを特徴とする請
求項1記載のディスク記憶装置。 - 【請求項6】 前記スピンドルモータがロータの回転位
置を検出する手段を有する場合には、 前記制御手段は、前記低騒音モード時には正弦波駆動電
流により前記スピンドルモータを駆動制御するように構
成されていることを特徴とする請求項1から請求項5の
いずれか記載のディスク記憶装置。 - 【請求項7】 ディスク記録媒体を回転させる流体軸受
構造のセンサレス型スピンドルモータと、 前記スピンドルモータに駆動電流を供給して駆動する駆
動手段と、 周囲温度の変化を検出する温度センサと、 台形波駆動電流により前記スピンドルモータを駆動制御
するように前記駆動手段を制御し、前記温度センサによ
る検出結果に基づいて周囲温度の基準値に対する低温変
化を検知したときに、前記台形波駆動電流の波形を変化
させて、前記スピンドルモータの回転位置の検出が可能
な状態を維持するように制御する制御手段と、を具備し
たことを特徴とするディスク記憶装置。 - 【請求項8】 前記制御手段は、前記低温変化を検知と
したときに前記台形波駆動電流のスルーレートを変化さ
せて、前記スピンドルモータの回転位置の検出が可能な
状態を維持するように制御することを特徴とする請求項
7記載のディスク記憶装置。 - 【請求項9】 前記制御手段は、前記低温変化を検知し
たときに前記台形波駆動電流の立ち上がりタイミングを
変化させて、前記スピンドルモータの回転位置の検出が
可能な状態を維持するように制御することを特徴とする
請求項7記載のディスク記憶装置。 - 【請求項10】 前記制御手段は、低温変化に伴う前記
台形波駆動電流の振幅の増大化に応じて、前記スルーレ
ートまたは前記立ち上がりタイミングを変化させて、前
記スピンドルモータの回転位置の検出が可能な状態を維
持するように制御することを特徴とする請求項8または
請求項9記載のディスク記憶装置。 - 【請求項11】 温度センサの検出結果の代わりに駆動
電流の振幅を検出し、それに応じて駆動電流のスルーレ
ートあるいは立ち上がりタイミングを切り換えることを
特徴とする請求項7から請求項10いずれか記載のディ
スク記憶装置。 - 【請求項12】 ディスク記録媒体を回転させるセンサ
レス型スピンドルモータを有するディスク記憶装置に適
用するスピンドルモータの駆動制御方法であって、 通常動作時には、矩形波駆動電流により前記スピンドル
モータを駆動制御するステップと、 低騒音モード時に、前記矩形波駆動電流による駆動制御
から台形波駆動電流による前記スピンドルモータの駆動
制御に切り換えるステップと、からなることを特徴とす
るスピンドルモータ駆動制御方法。 - 【請求項13】 ディスク記録媒体を回転させるセンサ
レス型スピンドルモータを有するディスク記憶装置に適
用するスピンドルモータの駆動制御方法であって、 通常動作時には、台形波駆動電流により前記スピンドル
モータを駆動制御するステップと、 低消費電力モード時に、前記台形波駆動電流による駆動
制御から矩形波駆動電流による前記スピンドルモータの
駆動制御に切り換えるステップと、からなることを特徴
とするスピンドルモータ駆動制御方法。 - 【請求項14】 ディスク記録媒体を回転させる流体軸
受構造のセンサレス型スピンドルモータを有するディス
ク記憶装置に適用するスピンドルモータの駆動制御方法
であって、 常温時には、台形波駆動電流により前記スピンドルモー
タを駆動制御するステップと、 低温変化時には、前記台形波駆動電流の波形を変化させ
て、前記スピンドルモータの回転位置の検出が可能な状
態を維持するように制御するステップと、からなること
を特徴とするスピンドルモータ駆動制御方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001100536A JP3688595B2 (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | ディスク記憶装置及びスピンドルモータの駆動制御方法 |
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JP2002300793A true JP2002300793A (ja) | 2002-10-11 |
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JP3688595B2 JP3688595B2 (ja) | 2005-08-31 |
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Cited By (4)
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