JP2004139686A - 磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FD装置(USBFDD)10はUSBケーブル5によりホストコンピュータ1に接続され、ホストから電源供給を受けて動作する。FD装置10は、4倍速で駆動したときのスピンドルモータ(SPM)16の駆動電流を検出し、しきい値と比較する。駆動電流がしきい値以下であればSPM制御部14はSPM16をそのままの回転速度で制御し、駆動電流がしきい値を超える場合にはFDの慣性モーメントが大きいと判定し、SPM16を2倍速制御に切り替える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気ディスク装置、特にコンピュータにUSB接続される磁気ディスク装置の消費電流制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、USBによりコンピュータに接続され、外部電源の供給を受けずコンピュータからのUSB経由で電源供給を受けて動作するフレキシブル磁気ディスク(以下、FDと略記する)装置である磁気ディスク装置が知られている。ホストコンピュータからの電源供給を受ける場合、FD装置全体での消費電流Ibusは、Ibus≦500mAを満たす必要がある。
【0003】
一方、近年ではFD装置である磁気ディスク装置においても一層の高速化が要求され、FDを回転駆動するスピンドルモータ(SPM)の回転速度を300rpmから600rpm(2倍速)、さらには1200rpm(4倍速)とすることが提案されており、FD装置での消費電流が増大する傾向にある。したがって、可能な限り高速化しつつ、同時に消費電流の低減を図る必要がある。
【0004】
なお、磁気ディスク装置においては、商用電源から電力が供給されている場合には高速回転モードとし、電池から電力が供給されている場合には消費電力を低減すべく低速回転モードに切り替える技術が知られている。高速回転モードから低速回転モードへの切替は、直流パルスモータのU、V、W各相のコイルの巻数をトランジスタスイッチのON/OFFで切替えて実行している。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−162483号公報(第4頁〜第8頁)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
FDの回転負荷値(あるいは慣性モーメント)が許容範囲内であれば1200rpmで回転駆動しても消費電流を500mA以下に抑えることは十分可能であるが、FDの回転負荷値の仕様は厳密には規定されておらず、FD毎、あるいはメーカ毎に回転負荷値が異なっているのが現状であり、例えば回転負荷値が大きい(慣性モーメントが大きい)FDを1200rpmで駆動しようとしても500mA以下という制約化では駆動できない事態も生じ得る。上記従来技術では、電池駆動の場合に低速回転モードに切り替えて消費電力の低減を図っているものの、駆動すべき磁気ディスクの回転負荷値のバラツキは考慮されていない。
【0007】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、磁気ディスクの回転負荷あるいは慣性モーメントにバラツキが生じていても、ホストコンピュータからの電源供給のみで磁気ディスクを高速駆動できる磁気ディスク装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、コンピュータにUSB接続され、前記USBを介した前記コンピュータからの電源供給により駆動される磁気ディスク装置であって、磁気ディスクを回転駆動する駆動手段と、前記駆動手段の駆動電流を検出する検出手段と、前記駆動電流の大きさに応じて前記駆動手段での回転速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。磁気ディスクの回転負荷あるいは慣性モーメントが大きいと、これを所定の回転速度で駆動するための駆動電流も増大する。本発明では、この事実に着目し、駆動電流値に基づいて磁気ディスクの回転負荷の大きさを評価し回転速度を制御する。すなわち、本発明では、磁気ディスク毎に適応的に回転速度が制御され、これにより回転負荷の大きな磁気ディスクを駆動する場合であっても消費電流の増大を抑制しコンピュータからの電源供給による駆動を可能とする。
【0009】
制御手段は、前記駆動電流が所定のしきい値を超える場合には、前記しきい値以下の場合に比べて回転速度を低下させることが好適である。回転速度を低下させることで必要な駆動電流を低減することができる。
【0010】
また、前記磁気ディスクに対して記録(あるいは消去)あるいは再生を行うヘッドを駆動するヘッド駆動手段とを有し、検出手段は、前記ヘッド駆動手段の非駆動状態における前記駆動電流を検出することが好適である。磁気ディスク装置全体の消費電流はSPMとヘッド駆動手段(ステッピングモータ(STM)等)でほぼ決定され、ヘッド駆動手段が非駆動状態にあるときにはSPMの駆動電流が全体の消費電流に対して占める割合が大きくなり、磁気ディスクの回転負荷が大きく駆動電流値が増大してもこれを検出して回転制御できる。
【0011】
また、前記駆動手段は、前記USB接続後に第1の回転速度で前記磁気ディスクを回転駆動し、前記検出手段は、前記第1の回転速度で駆動したときの前記駆動電流を検出し、前記制御手段は、前記駆動電流が前記所定のしきい値を超える場合には前記第1の回転速度よりも低い第2の回転速度に切替制御し、前記駆動電流が前記所定のしきい値以下の場合には前記第1の回転速度に維持制御することも好適である。
【0012】
前記駆動手段は、例えばステータコイルの巻数を複数段に切替可能なモータで構成でき、前記制御手段は、前記所定のしきい値を超える場合には前記モータの巻数を増大させるように切替制御することができる。
【0013】
また、本発明は、コンピュータにUSB接続され、前記USBを介した前記コンピュータからの電源供給により駆動される磁気ディスク装置であって、磁気ディスクを駆動するスピンドルモータと、記録再生ヘッドを駆動するステッピングモータと、前記コンピュータからの電源を前記スピンドルモータと前記ステッピングモータに分配する回路と、前記ステッピングモータが非駆動状態における前記スピンドルモータの駆動電流を所定のしきい値と比較する比較回路と、前記比較回路からの出力に応じ、前記駆動電流が前記しきい値を超える場合に前記スピンドルモータの回転速度を減制御することにより前記駆動電流を低減させる制御回路とを有することを特徴とする。
【0014】
ここで、前記スピンドルモータは、例えば各相にコイル巻数切替用のタップを有する三相モータであり、前記制御回路は、前記駆動電流が前記しきい値を超える場合に前記タップを切り替えて前記各相のコイル巻数を増大させることが好適である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【0016】
図1には、本実施形態の磁気ディスク装置であるFD装置をホストコンピュータ(PC)に接続した状態が示されている。PC1とFD装置10はUSBケーブル5で接続される。USBケーブル5は周知の如く電源ラインとデータラインを有し、電源ラインを介してFD装置10に電源を供給するとともに、データラインを介してFD装置10に制御信号や記録再生データを供給する。PC1からの電源供給を受けて作動する場合のFD装置10での消費電流Ibusの上限は既述したように500mAである。
【0017】
FD装置10は、主として駆動電流検出部12、SPM制御部14及びSPM16を有する。駆動電流検出部12は、PC1からの電源供給によりSPM16を駆動する際の駆動電流値ISPMを検出し、検出値を所定のしきい値と比較する。しきい値との比較は、磁気ディスクであるFDの回転負荷値が許容回転負荷値より大きいか否か、あるいはFDの慣性モーメントが許容慣性モーメントより大きいか否かを判断するためのものであり、しきい値は適宜設定される。駆動電流検出部12は、検出値としきい値との大小比較結果をSPM制御部14に出力する。
【0018】
SPM制御部14は、駆動電流検出部12からの比較結果信号に応じてSPM16の回転速度を制御する。具体的には、駆動電流値ISPMがしきい値を超える場合には、FDの回転負荷あるいは慣性モーメントが許容値よりも大きく、現在の回転速度では消費電流500mA以下の条件でFDを駆動できないと判定し、現在の回転速度よりも低い回転速度で駆動するようにSPM16を制御する。例えば、1200rpm(4倍速)の回転速度で駆動していた場合に600rpm(2倍速)まで低下させる等である。このように、SPM制御部14は、SPM16の駆動電流値に応じてSPM16の回転速度を制御する。
【0019】
図2には、本実施形態における基本処理フローチャートが示されている。まず、FD装置(USB FDD)10をPC1に接続し、USBケーブル5を介してPC1からFD装置10に電源を供給する(S101)。SPM制御部14は、SPM16を所定の回転速度(例えば1200rpm)で駆動を開始し、駆動電流検出部12はそのときのSPM16の駆動電流ISPMを検出する(S102)。SPM16の駆動電流ISPMはFDの回転負荷(負荷トルク)に比例し、FDの回転負荷が大きい場合には所定の回転速度で駆動するための駆動電流ISPMも増大する。FDの回転負荷が許容範囲内であれば駆動電流ISPMもしきい値以下となるが、FDの回転負荷が許容範囲を超えると駆動電流ISPMもしきい値を超えることとなり、全体の消費電流値が500mA以下という条件を満足することができなくなる。そこで、駆動電流ISPMをしきい値と比較し(S103)、しきい値以下であれば現在の回転速度で駆動できるとして現在の回転速度(高速回転)を維持し(S104)、一方、しきい値を超える場合には現在の回転速度よりも低い回転速度でSPM16を駆動する(S105)。低い回転速度で駆動することで、FDの回転負荷が許容値よりも大であっても駆動電流は低下し、全体の消費電流を低減して500mA以下の条件下でFDを駆動することができる。
【0020】
以下、本実施形態における回転速度制御について、より詳細に説明する。
【0021】
図3には、SPM16の一般的な負荷トルクTと回転数Nとの関係、並びに消費電流との関係が示されている。図において、横軸は負荷トルクT、縦軸は回転数Nである。SPM16をそれぞれ600rpm(2倍速)、1200rpm(4倍速)で駆動した場合が示されている。4倍速で駆動した場合、負荷トルクTがT1までは回転数N1で駆動され、負荷トルクTがT1より大きくなると回転数NはN1から低下する。一方、消費電流は負荷トルクTに比例して増大する。一方、2倍速で駆動した場合、負荷トルクTはT1よりも大なるTmaxまで回転数N2で駆動され、消費電流も負荷トルクTに比例して増大するものの4倍速の場合よりも小さい。
【0022】
したがって、回転駆動すべきFDの負荷トルクがT1以下であれば4倍速で駆動できるが、FDの負荷トルクがT1を超えた場合には4倍速では駆動できず、FDの負荷トルクがTmaxであれば2倍速で駆動しなければならず、かつ、2倍速に切り替えることで消費電流を4倍速の場合に比べて抑制できることがわかる。
【0023】
図4には、SPM制御部14によりSPM16を制御したときの負荷トルクTと回転数Nとの関係が示されている。負荷トルクTがT1までは4倍速で駆動し、負荷トルクTがT1を超えた場合には最大負荷トルクがTmaxとなる2倍速で駆動する。4倍速のままで駆動した場合に比べて消費電流は図3から分かるようにΔだけ抑制でき、PC1の電源だけで駆動できるようになる。
【0024】
なお、FDの負荷トルクがTmaxよりもさらに大なる場合には、2倍速ではなく等倍速で駆動することも可能である。要は、FDに応じて最適な倍速に自動的に切替え、これにより500mAという条件下でFD毎に高速化を図ればよい。
【0025】
また、上記の説明では、駆動電流ISPMに応じて回転速度を切替制御しているが、FD装置10にはSPM16の他にFDへの記録/再生を行う磁気ヘッドを駆動するステッピングモータ(STM)も存在し、さらに制御部14での消費電流もある。したがって、FD装置10の全体消費電流Ibusは、SPM16の駆動電流ISPM、STMの駆動電流ISTM、制御部の消費電流ICCを用いて、
【数1】
Ibus=ISPM+ISTM+ICC
となる。Ibusが最大となるのは、SPM16が駆動しつつ、STMが駆動(磁気ヘッドをシーク)するときである。本実施形態では、負荷の大きいFDであるか否かをSPM16の駆動電流の大小で判定しているため、STMが駆動していないときの方が大きな駆動電流まで検出できるため都合がよい。したがって、駆動電流の検出は、STMが非駆動状態で行うことが望ましい。STMが非駆動状態のときは、例えばFD装置10の起動直後である。なお、STMが非駆動状態のときには、正確にはIbusはISTMとICCで決定されるが、ICCは比較的小さいため無視してよい。もちろん、ISPM+ICCを検出してしきい値と比較してもよい(この場合、しきい値はICCの分を考慮して設定することができる)。
【0026】
図5には、本実施形態におけるFD装置10の詳細な構成図が示されている。USBケーブル5の電源ラインVbusからの電力は分配されてSPM16及びSTM18に供給される。より正確には、Vbusからの電力は、SPM16への電圧Vspm、FDDLSIへの電圧Vcc/VDD、コントロールロジック回路へのSVCCに分配される。SPM16及びSTM18は、制御部14としてのFDDLSIにより制御される。
【0027】
駆動電流検出部12は、抵抗R1,R2,R3及びコンパレータから構成され、Vbusに接続される。R1は小さな抵抗値を有し、VD(入力電圧)とVSPM(SPM16の入力電圧)間の電流値、すなわち駆動電流ISPMを電位差に変換してコンパレータの反転入力端子に供給する。一方、コンパレータの非反転入力端子には、VDを抵抗R2及びR3で分圧した電圧が印加され、R2及びR3でしきい値が決定される。コンパレータは、駆動電流ISPMの電圧値としきい電圧値とを比較し、比較結果をVs信号としてFDDLSI内のコントロールロジック回路に出力する。VsはHiあるいはLowであり、駆動電流ISPMがしきい値を超えた場合にはLowが出力となる。
【0028】
コントロールロジック回路は、FDC(FDコントローラ)及びFDMC(FDモーションコントローラ)を有し、FDCで記録及び消去用の転送レート等を切替制御してPC1から供給されたデータをFDに記録(あるいは消去)するとともに、FDから読み出したデータをアンプ、フィルタ、コンパレータ及びTDF(タイムドメインフィルタ)からなる再生回路で処理してPC1側に返す。また、FDMCで、FDCからの制御指令に基づきSPM16の回転速度を制御し、STM18のシーク動作を制御する。FDCは、駆動電流検出部12から入力したVsの値がHiであればSPM16を4倍速で駆動するようにFDMCに指令を出し、Vsの値がLowであればSPM16を2倍速で駆動するようにFDMCに指令を出す。なお、FDCは、Vsの値に応じて4倍速から2倍速に切り替えた場合、記録回路(ライト回路)、消去回路(イレーズ回路)及び再生回路の転送レートを4倍速から2倍速に切り替えてデータの記録及び再生を行う。
【0029】
図6には、図5の構成における処理フローチャートが示されている。まず、FDが挿入されたことを検知すると(S201)、FDCはFDMCに指令してFDを4倍速で駆動するように制御する(S202、S203)。そして、STM18が駆動していないことを確認し(S204)、STM18が駆動していないときのSPM16の駆動電流がしきい値を超えているか否かを判定する(S205、S206)。すなわち、FDCは、FDMCに対してSTM18の駆動指令を未だ出しておらず、SPM16のみを駆動している場合の駆動電流検出部12からの出力Vsの値がLowであるか否かを判定する。そして、VsがHiである、すなわち駆動電流ISPMがしきい値以下であると判定した場合、FDC及びFDMCはSPM16を現在の回転速度(4倍速)で継続制御する(S207)。一方、VsがLowである、すなわち駆動電流ISPMがしきい値を超える場合には、FDC及びFDMCはSPM16を2倍速に切替えて制御する(S208)。
【0030】
4倍速から2倍速への切替は、SPM16のステータ側の各相のコイルを高速用と低速用の2種類用意しておき、高速用のコイルから低速用のコイルに切替えればよい。低速用のコイルは高速用のコイルよりも巻数が大きく設定される。コイルの巻数を増大することで同一駆動電流でも磁束密度が増大しトルクが増大する。すなわち、少ない駆動電流で負荷の大きいFDを駆動することができる。但し、コイルの巻数が大きくなるとインダクタンスロスが生じて回転数が低下する。低速制御とする所以である。
【0031】
4倍速制御から2倍速制御に切り替えた場合、FDCはさらにパラメータ、すなわち記録、再生、消去各回路の転送レートを2倍速用に切り替える(S209)。以上の処理により、負荷の大きいFDを駆動する場合には、駆動電流ISPMに応じて自動的に4倍速から2倍速に切替え、FD装置10の全消費電流を低減して500mA以下とする。
【0032】
図7には、SPM16のステータコイルの等価回路図が示されている。U、V、W、各相のコイルはそれぞれ第1コイル及び第2コイルから構成され、第1コイルと第2コイルの中間には高速制御用のタップTUH,TVH,TWHがそれぞれ形成されている。4倍速制御時には高速制御用のタップを用いて各相において第1コイルのみを用いて駆動し、2倍速制御時には低速制御用のタップTUL,TVL,TWLに切り替えて第1コイル及び第2コイルで駆動する。タップの切替ではなく、従来技術のようにトランジスタスイッチをON/OFFさせてコイルの巻数を切り替えることももちろん可能である。
【0033】
図8には、SPM16のステータコイルの構成が示されている。低速回転用コイル及び高速回転用コイルがそれぞれU相、V相、W相のステータコアに巻回されている。低速回転用コイルは、ステータコアのポールの根元から先端まで1往復巻(根元から先端に向けて巻回し、さらに先端から根元に向けて巻回)であり、高速回転用コイルは、低速回転用コイルの上から巻回され、ステータコアのポールの真中付近から先端までの1往復巻である。したがって、(低速回転用コイルの巻数)>(高速回転用コイルの巻数)である。低速回転用コイル及び高速回転用コイルのU相、V相、W相はそれぞれ中性点でスター結線され、低速回転用タップと高速回転用タップが形成される。FDMCは、FDCからの指令に基づき、FD装置10の動作直後は高速回転用タップを用いて高速回転用コイルを駆動し、4倍速でFDを駆動する。そして、FDCからの切替指令に基づき、高速回転用タップから低速回転用タップに切替えて低速回転用コイルを駆動し、2倍速でFDを駆動する。
【0034】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更が可能である。
【0035】
例えば、本実施形態では図5に示されるように駆動電流検出部12を抵抗R1〜R3及びコンパレータで構成し、駆動電流を電圧値に変換してしきい電圧と比較しているが、他の構成とすることが可能である。以下に駆動電流検出部12の構成例を示す。
【0036】
図9は、駆動電流検出部12をオペアンプ12a及びエミッタ接地トランジスタ12bで構成した場合である。オペアンプ12aで駆動電流ISPMを電圧値に変換し、その電圧値をトランジスタ12bのベースに印加しコレクタ電圧をVsとしてコントロールロジック回路に出力する。駆動電流ISPMがしきい値以下であればトランジスタ12bはOFFでVsはHiのままであり、駆動電流ISPMがしきい値を超えるとトランジスタ12bがONし、VsはLowとなる。
【0037】
図10は、駆動電流検出部12をオペアンプ12a、ローパスフィルタLPF12c及びコンパレータ12dで構成した場合である。図9と同様にオペアンプ12aで駆動電流ISPMを電圧値に変換するが、ノイズの影響で駆動電流にバラツキが生じる場合もあるためローパスフィルタ12cでノイズを除去した後、コンパレータ12dでしきい値と比較する。コンパレータ12dの出力はVsとしてコントロールロジック回路に出力する。
【0038】
また、本実施形態では、負荷の大きなFDの場合には4倍速から2倍速に回転速度を切り替えているが、より一般的に、まず第1の回転速度でFDを駆動し、そのときの駆動電流がしきい値を超えた場合に第1の回転速度よりも低い第2の回転速度でFDを駆動することが可能である。第2の回転速度でFDを駆動した場合の駆動電流がなおしきい値を超える場合には、さらに第2の回転速度よりも低い第3の回転速度でFDを駆動してもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁気ディスクのバラツキがあっても磁気ディスク毎に適応的に回転速度を制御するため、ホストコンピュータからの電源供給のみで磁気ディスクを高速駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンピュータとFD装置の接続状態説明図である。
【図2】FD装置の基本処理フローチャートである。
【図3】SPMのトルク特性を示すグラフ図である。
【図4】実施形態のトルク特性を示すグラフ図である。
【図5】FD装置の構成ブロック図である。
【図6】FD装置の詳細処理フローチャートである。
【図7】SPMステータコイルの等価回路図である。
【図8】SPMステータコイルの構成図である。
【図9】図5に示された駆動電流検出部の他の構成図である。
【図10】図5に示された駆動電流検出部のさらに他の構成図である。
【符号の説明】
1 コンピュータ(PC)、5 USBケーブル、10 FD装置。
Claims (7)
- コンピュータにUSB接続され、前記USBを介した前記コンピュータからの電源供給により駆動される磁気ディスク装置であって、
磁気ディスクを回転駆動する駆動手段と、
前記駆動手段の駆動電流を検出する検出手段と、
前記駆動電流の大きさに応じて前記駆動手段での回転速度を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記制御手段は、前記駆動電流が所定のしきい値を超える場合には、前記しきい値以下の場合に比べて回転速度を低下させることを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の装置において、さらに、
前記磁気ディスクに対して記録あるいは再生を行うヘッドを駆動するヘッド駆動手段と、
を有し、
前記検出手段は、前記ヘッド駆動手段の非駆動状態における前記駆動電流を検出する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1記載の装置において、
前記駆動手段は、前記USB接続後に第1の回転速度で前記磁気ディスクを回転駆動し、
前記検出手段は、前記第1の回転速度で駆動したときの前記駆動電流を検出し、
前記制御手段は、前記駆動電流が前記所定のしきい値を超える場合には前記第1の回転速度よりも低い第2の回転速度に切替制御し、前記駆動電流が前記所定のしきい値以下の場合には前記第1の回転速度に維持制御する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の装置において、
前記駆動手段は、ステータコイルの巻数を複数段に切替可能なモータであり、
前記制御手段は、前記所定のしきい値を超える場合には前記モータの巻数を増大させるように切替制御する
ことを特徴とする磁気ディスク装置。 - コンピュータにUSB接続され、前記USBを介した前記コンピュータからの電源供給により駆動される磁気ディスク装置であって、
磁気ディスクを駆動するスピンドルモータと、
記録再生ヘッドを駆動するステッピングモータと、
前記コンピュータからの電源を前記スピンドルモータと前記ステッピングモータに分配する回路と、
前記ステッピングモータが非駆動状態における前記スピンドルモータの駆動電流を所定のしきい値と比較する比較回路と、
前記比較回路からの出力に応じ、前記駆動電流が前記しきい値を超える場合に前記スピンドルモータの回転速度を減制御することにより前記駆動電流を低減させる制御回路と、
を有することを特徴とする磁気ディスク装置。 - 請求項6記載の装置において、
前記スピンドルモータは、各相にコイル巻数切替用のタップを有する三相モータであり、
前記制御回路は、前記駆動電流が前記しきい値を超える場合に前記タップを切り替えて前記各相のコイル巻数を増大させる
ことを特徴とする磁気ディスク装置。
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JP2006134561A (ja) * | 2004-11-06 | 2006-05-25 | Samsung Electronics Co Ltd | モータの起動電流の制御方法およびそれを利用したディスクドライブ |
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