JP5997458B2 - 回転制御装置及び方法、並びに、これを用いたディスク駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転子の回転を制御する技術に関し、特に、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの回転を制御する回転制御装置及び方法、並びに、これを用いたディスク駆動装置に関する。

ブラシレス直流（ＤＣ）モータは、一般に、永久磁石を備えたロータと、スター結線された複数の相のコイルを備えたステータとを備えており、コイルに供給する電流を制御することによりコイルを励磁し、ロータをステータに対して相対回転させて駆動する。ブラシレスＤＣモータは、ロータの回転位置を検出するために、一般に、ホール素子や光学エンコーダなどのセンサを備えており、センサにより検出された位置に応じて、各相のコイルに供給する電流を切り換えて、ロータに適切なトルクを与える。

モータをより小型化するために、ホール素子などのセンサを利用せずにロータの回転位置を検出するセンサレスモータも提案されている（例えば、特許文献１参照）。センサレスモータは、例えばモータの中点配線の電位を計測することにより、コイルに発生する誘導電圧を検出して位置情報を得る。このセンサレスモータは、ロータの回転中に発生する誘導電圧から位置情報を得るので、停止中は回転位置を知ることができないという問題がある。回転位置を正しく知ることなくモータを始動した場合、ロータが所望の回転方向と逆方向に回転する場合がある。しかしながら、例えば、ハードディスクのスピンドルモータを回転させる場合などは、逆方向の回転を最小限に抑えることが望ましいので、モータの始動時にロータの回転位置を適切に把握する必要がある。センサレスモータにおいて、モータの始動時におけるロータの回転位置を検出する技術が、例えば、特許文献１、２及び３に開示されている。

特開平３−２０７２５０号公報 特開平６−１１３５８５号公報 特開平１１−１２２９７７号公報

一般に、ブラシレスＤＣモータでは、６０度間隔でロータの回転位置を検出し、検出した回転位置に応じて電流制御が行われるが、上記の特許文献１、２及び３に記載された方法では、始動時に検出される回転角と、駆動時に制御を行うときの回転角とが、３０度ずれている。このため、始動時に検出された回転角を補正してから駆動のための制御を行う必要がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子の始動時の回転位置を的確に検出する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、回転制御装置に関する。この回転制御装置は、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの停止時に、前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給する制御部と、前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定し、前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定し、前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出する停止時位置検出部と、を備えることを特徴とする。

例えば、モータが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３種のコイルを備える場合、Ｕ相からＶ相へ、Ｖ相からＵ相へ、Ｖ相からＷ相へ、Ｗ相からＶ相へ、Ｗ相からＵ相へ、Ｕ相からＷ相へ、の６通りの経路に流れる試験電流を測定し、それらの順位を判定してもよい。停止時位置検出部は、全ての順位を完全に判定する必要はなく、モータの回転位置を検出するのに必要な順位のみを判定してもよい。例えば、１位と２位の経路がいずれであるかを判定してもよい。この回転制御装置によれば、後述するように、モータの駆動時の制御と同じ角度範囲で、停止時の回転位置を検出することができるので、より的確にモータの回転を制御することができる。

また、上記の回転制御装置において、前記制御部は、前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その結果に基づいて前記試験電流の通電時間を設定する構成とされている。このような構成とすることにより、モータの特性（Ｒ特性やＬ特性）に依らず、各相に流れる試験電流を最適化して、モータ停止時におけるロータの位置検出精度を高めることが可能となる。

また、上記の回転制御装置において、前記位置検出部は、前記検出電圧を生成する増幅器を備え、前記参照電圧は、前記増幅器の出力レンジの中間値またはその近傍値に設定されている構成にするとよい。このような構成とすることにより、モータの特性に依らず、検出電圧を増幅器の出力レンジに収めることが可能となる。

また、上記の回転制御装置において、前記増幅器は、その入出力特性が任意に切り替えられる構成にするとよい。このような構成とすることにより、様々な特性のモータに対応することが可能となる。

また、上記の回転制御装置において、前記停止時位置検出部は、前記順位と、前記モータの回転位置とを対応づけて格納したテーブルを更に備え、前記テーブルを参照して、前記モータの回転位置を検出してもよい。また、前記停止時位置検出部は、最も電流値が高い経路と、２番目に電流値が高い経路との組合せに基づいて、前記モータの回転位置を検出してもよい。

また、上記の回転制御装置において、前記制御部は、前記モータの停止時に前記モータの回転位置を検出するとき、前記モータを駆動するときに前記経路に供給する電流よりも少ない前記試験電流を前記経路に供給してもよい。また、前記制御部は、前記モータの停止時に前記モータの回転位置を検出するとき、前記モータを駆動するときに前記経路に前記試験電流を供給する期間よりも短い期間、前記経路に電流を供給してもよい。これにより、モータの回転位置を検出するときにモータが回転してしまうのを防ぐことができる。

また、上記の回転制御装置において、前記停止時位置検出部は、前記検出電圧を保持するサンプルホールド回路を更に備え、前記制御部は、前記複数の経路に流れる前記試験電流を測定する前に、前記経路に前記試験電流を供給し、前記サンプルホールド回路をプリチャージしてもよい。これにより、サンプルホールド回路の電圧値を測定される電圧値に予め近づけておくことができるので、検出精度を向上させることができる。

なお、前記制御部は、前記モータの回転位置検出に際して最初に選択される経路に前記試験電流を流すときに前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その結果に基づいて前記試験電流の通電時間を設定する構成にするとよい。

或いは、前記制御部は、前記サンプルホールド回路のプリチャージに際して前記試験電流を流すときに前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その結果に基づいて前記試験電流の通電時間を設定する構成にするとよい。

本発明の別の態様は、回転制御方法に関する。この回転制御方法は、複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの停止時に、前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給するステップと、前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定するステップと、前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定するステップと、前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出するステップと、を含み、かつ、前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その結果に基づいて前記試験電流の通電時間を設定するステップを更に含むことを特徴とする。

本発明の更に別の態様は、ディスク駆動装置に関する。このディスク駆動装置は、ディスクを回転させるモータと、前記モータの回転を制御する回転制御装置と、前記ディスクに対するデータの書き込み又は読み出しを制御するリード・ライト制御部と、を備え、前記モータは、複数のコイルを有するステータと、磁性を有するロータと、を含み、前記回転制御装置は、前記モータの停止時に前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給する制御部と、前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定し、前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定し、前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出する停止時位置検出部とを含み、前記制御部は、前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その結果に基づいて前記試験電流の通電時間を設定することを特徴とする。

また、本発明の更に別の態様は、例えばコンピュータに関する。このコンピュータは、光ディスクドライブ及びハードディスクドライブの少なくとも一方として、上記構成から成るディスク駆動装置を搭載したことを特徴とする。

また、本発明の更に別の態様は、例えばディスク再生装置（ゲーム機やＤＶＤプレーヤなど）に関する。このディスク再生装置は、ディスク再生手段として、上記構成から成るディスク駆動装置を搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、回転子の始動時の回転位置を的確に検出する技術を提供することができる。

実施の形態に係る回転制御装置の構成を示す図である。 モータの回転の様子を示すシーケンス図である。 停止時におけるモータの回転角と、コイルを含む複数の経路に電流を流したときの電流値との関係を示す図である。 試験電流を流したときに検出抵抗で検出される電圧値の例を示す図である。 停止時位置検出部の第１構成例を模式的に示す図である。 停止時位置検出部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 停止時におけるモータの回転角と、コイルを含む複数の経路に電流を流したときの電流値との関係の別の例を示す図である。 実施の形態に係る磁気ディスク駆動装置の構成を示す図である。 試験電流の電流値と通電時間との関係を示す図である。 試験電流と検出電圧との関係（第１例）を示す図である。 試験電流と検出電圧との関係（第２例）を示す図である。 停止時位置検出部の第２構成例を模式的に示す図である。 通電時間の設定動作を説明するためのタイミングチャートである。 第２構成例の停止時位置検出部で得られる検出電圧の例を示す図である。 増幅器の入出力特性に応じて試験電流が変化する様子を示す図である。 回転制御装置を搭載したデスクトップパソコンの一構成例を示す外観図

図１は、実施の形態に係る回転制御装置１０の構成を示す。図８は、図１に示した回転制御装置１０を搭載したディスク駆動装置の一例である磁気ディスク駆動装置１の構成を示す。磁気ディスク駆動装置１は、パーソナルコンピュータなどに搭載され、ＨＤ［hard disc］やＦＤ［flexible disc］などの磁気ディスクを駆動する。磁気ディスク駆動装置１は、ディスク２、磁気ヘッド３、リード／ライト制御回路４、モータ９０、及び回転制御装置１０を備える。回転制御装置１０は、パーソナルコンピュータなどのホスト装置からの指令に応じて、ディスク２を回転させるためのモータ９０の駆動を制御する。リード／ライト制御回路４は、ホスト装置からの指令に応じて、ディスク２に対するデータの書き込み及び読み出しを制御する。リード／ライト制御回路４は、磁気ヘッド３をディスク２の半径方向に移動させて回転するディスク２を走査し、ディスク２にデータを書き込み又はディスク２からデータを読み出す。図８には、ディスク駆動装置の例として磁気ディスク駆動装置を示したが、本発明は、その他、ＤＶＤ［digital versatile disc］、ＣＤ［compact disc］、ＭＤ［mini disc］などの光ディスクまたは光磁気ディスクを駆動する光ディスク駆動装置などにも適用することが可能である。

図１に戻り、回転制御装置１０は、センサレスブラシレスＤＣモータ９０（以下、単に「モータ９０」という）の回転を制御する。モータ９０は、永久磁石を備えたロータ９２と、スター結線された３相のコイルＵ、Ｖ及びＷを備えたステータ９４とを備えている。回転制御装置１０は、制御部２０、パワー回路３０、位置検出部４０、及び停止時位置検出部５０を備える。モータ９０の駆動方法については既知の技術を利用可能であるから、本実施の形態では、モータ９０の通常の駆動方法については簡単に説明することにし、モータ９０の始動時におけるロータ９２の回転位置を検出する技術を中心に説明する。

制御部２０は、モータ９０のステータ９４を構成する３相のコイルＵ、Ｖ及びＷに供給する電流を制御する。パワー回路３０は、６個のスイッチング用のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を備え、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオンオフによりコイルＵ、Ｖ及びＷに供給される電流がオンオフされる。トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオンオフは、制御部２０により制御される。位置検出部４０は、モータ９０の駆動時に、モータ９０の中点配線の電位を取得して、コイルＵ、Ｖ及びＷに発生する誘導電圧を検出し、モータ９０の位置情報を得る。制御部２０は、モータ９０の回転方向、回転速度などの制御指令を取得し、位置検出部４０により検出されたモータ９０の回転位置に応じて、モータ９０のコイルＵ、Ｖ及びＷに供給する電流を決定する。

停止時位置検出部５０は、モータ９０の始動に先立ってモータ９０の位置を検出する。モータ９０の停止時に、モータ９０のコイルＵ、Ｖ及びＷを含む異なる複数の経路に試験電流が供給されたとき、停止時位置検出部５０は、複数の経路に流れる電流をそれぞれ測定し、測定された電流値の順位を判定し、判定した順位に基づいてモータ９０の回転位置を検出する。コイルＵ、Ｖ及びＷを含む経路に流れる電流は、検出抵抗Ｒにより電圧に変換されて測定される。試験電流の供給は、モータ９０の駆動時と同様に、制御部２０及びパワー回路３０により行われる。試験電流によりモータ９０が回転してしまうのを防ぐために、試験電流の電流値は駆動時に供給される電流値よりも低いことが望ましく、試験電流の供給期間は駆動時よりも短いことが望ましい。

図２は、モータ９０の回転の様子を示すシーケンス図である。図２の最上段は、モータ９０の回転位置を示し、図２の中段は、制御部２０がモータ９０を駆動するためにコイルＵ、Ｖ及びＷに電流を供給したときに励磁されたコイルＵ、Ｖ及びＷの極性を示し、図２の下段は、制御部２０により制御されるパワー回路３０のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６の状態及びシーケンス番号を示す。駆動電流の切り換えは、ある角度（例えば０度）を基準にして６０度間隔で行われ、モータ９０を時計回りに回転させる場合はシーケンス番号の昇順に、反時計回りに回転させる場合はシーケンス番号の降順に、順次トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオンオフが切り換えられる。例えば、電気角が０度の位置から時計回りにモータ９０を回転させるとき、制御部２０は、まずトランジスタＴｒ３及びＴｒ４をオンにする。これにより、コイルＵはＳ極に、コイルＷはＮ極に励磁されるので、ロータ９２が時計回りに回転する。モータ９０の回転角が６０度に達すると、制御部２０は、トランジスタＴｒ４をオフに、トランジスタＴｒ５をオンに、それぞれ切り換える。これにより、コイルＶがＳ極に、コイルＷがＮ極に励磁されるので、ロータ９２はさらに時計回りに回転する。

図３は、停止時におけるモータ９０の回転角と、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む複数の経路に電流を流したときの電流値との関係を示す。各コイルＵ、Ｖ及びＷは、永久磁石であるロータ９２の磁界中に置かれているため、磁界の影響により、見かけのインダクタンスが異なる。そのため、コイルＵ、Ｖ及びＷを流れる電流値は、図３のような回転角依存性を示す。図３は、下記の６通りの経路の電流値を示す。

太実線：Ｕ相→Ｖ相（経路１：図２のシーケンスＮｏ．４と同様）
太破線：Ｖ相→Ｕ相（経路２：図２のシーケンスＮｏ．１と同様）
中実線：Ｖ相→Ｗ相（経路３：図２のシーケンスＮｏ．２と同様）
中破線：Ｗ相→Ｖ相（経路４：図２のシーケンスＮｏ．５と同様）
細実線：Ｗ相→Ｕ相（経路５：図２のシーケンスＮｏ．６と同様）
細破線：Ｕ相→Ｗ相（経路６：図２のシーケンスＮｏ．３と同様）

このように、６通りの経路の電流値を測定することにより、ロータ９２とコイルＵ、Ｖ及びＷとの位置関係を知ることができる。本実施の形態では、上述した６通りの経路の電流値を測定し、測定された電流値を比較し、最も高い電流値が測定された経路と、２番目に高い電流値が測定された経路の組合せから、モータ９０の回転位置を検出する。例えば上位２つが経路１と経路６である場合は、図３から分かるように、モータ９０の回転角は０度から６０度までの間にある。

上位２つの組合せからモータ９０の位置を検出することにより、図２に示した、モータ９０の駆動時における電流制御のシーケンスと同じ角度範囲で、モータ９０の位置を検出することができる。特許文献１から３に記載された方法によれば、例えば、３０度から９０度まで、９０度から１５０度までというように、モータ９０の駆動時に電流制御を行うときの角度範囲から３０度ずれた角度範囲で位置を検出している。このため、始動時にモータ９０の位置を検出した後、検出された角度を３０度ずらしてから電流制御を行う必要があった。しかし、本実施の形態の方法によれば、モータ９０の駆動時と同じ角度範囲で位置情報が得られるので、得られた位置情報をそのまま利用して、より的確にモータ９０を駆動することができ、例えば、始動時における逆方向への回転を最小限に抑えることができる。

図４は、試験電流を流したときに検出抵抗Ｒにより検出される電圧値の例を示す。試験電流の供給を開始すると、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む経路に電流が流れ、検出抵抗Ｒの両端の電位差が徐々に上昇する。停止時位置検出部５０は、６通りの各経路に電流が供給されたとき、通電から一定期間経過後の電圧値をサンプルホールドし、それらの電圧値を比較する。図４の例では、上位２つは経路２と経路５であるから、図３を参照すると、モータ９０の位置は１８０度から２４０度までの間にあることが分かる。

図５は、停止時位置検出部５０の第１構成例を模式的に示す。モータ９０の停止時に、制御部２０によりコイルＵ、Ｖ及びＷを含む経路に電流が供給されると、コイルＵ、Ｖ及びＷを流れる電流は検出抵抗Ｒにより電圧値に変換されて、増幅器５１Ａにより増幅される。増幅器５１Ａから出力される検出電圧Ｖｄｅｔは、サンプルホールド回路５３に入力される。サンプルホールド回路５３は、スイッチＳＷ０〜ＳＷ６とキャパシタＣ１〜Ｃ３を含む。スイッチＳＷ０〜ＳＷ２は、検出抵抗Ｒにより変換された電圧値（増幅器５１から出力される検出電圧Ｖｄｅｔ）をキャパシタＣ１〜Ｃ３のいずれに保持させるかを切り換える。スイッチＳＷ３〜ＳＷ６は、キャパシタＣ１〜Ｃ３に保持されている電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３のうちいずれを比較器５４へ入力するかを切り換える。比較器５４は、キャパシタＣ１〜Ｃ３に保持された電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３を比較して比較信号ＣＭＰを生成し、これをセレクタ５６へ出力する。レジスタ５２ａ〜５２ｃは、キャパシタＣ１〜Ｃ３に保持されている電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３がいずれの経路の測定結果であるかを示すデータを格納する。本実施の形態では６通りの経路で電圧値の測定を行うので、レジスタ５２ａ〜５２ｃは、それぞれ３ビットのデータを格納できればよい。セレクタ５６は、６通りの経路の測定が終了すると、上位２つの経路がいずれであったかを出力する。停止時位置検出部５０は、上位２つの経路の組合せとモータ９０の回転位置とを対応づけて格納したテーブル５８を保持しており、テーブル５８を参照してモータ９０の回転位置を検出し、制御部２０へ出力する。

図６は、停止時位置検出部５０の動作を説明するためのタイミングチャートである。停止時位置検出部５０の各構成の動作は、制御部２０が制御してもよいし、停止時位置検出部５０内に制御用の構成が設けられてもよいが、ここでは制御部２０が制御を行うものとする。制御部２０は、経路１に電流を供給している間、スイッチＳＷ０をオンにし、検出抵抗Ｒにより変換された電圧値をキャパシタＣ１に保持させる。また、制御部２０は、経路１の測定結果がキャパシタＣ１に保持されていることを記録しておくために、レジスタ５２ａに「１」を格納する。続いて、制御部２０は、経路２に電流を供給している間、スイッチＳＷ１をオンにし、測定された電圧値をキャパシタＣ２に保持させる。このとき、レジスタ５２ｂには「２」が格納される。さらに、制御部２０は、経路３に電流を供給している間、スイッチＳＷ２をオンし、測定された電圧値をキャパシタＣ３に保持させる。このとき、レジスタ５２ｃには「３」が格納される。

３つのキャパシタＣ１〜Ｃ３に測定結果が入力されると、停止時位置検出部５０は、それらの電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３を比較し、順位を判定する。まず、期間ｔ１に、制御部２０がスイッチＳＷ３及びＳＷ５をオンにすると、比較器５４にキャパシタＣ１及びＣ２に保持された電圧値Ｓ／Ｈ１及びＳ／Ｈ２が入力される。すなわち、経路１の測定結果と経路２の測定結果が比較される。比較信号ＣＭＰは、セレクタ５６に出力される。つづいて、期間ｔ２に、制御部２０がスイッチＳＷ３及びＳＷ６をオンにすると、キャパシタＣ１及びＣ３に保持された電圧値Ｓ／Ｈ１及びＳ／Ｈ３が比較器５４に入力され、経路１の測定結果と経路３の測定結果が比較される。比較信号ＣＭＰは、セレクタ５６に出力される。最後に、期間ｔ３に、制御部２０がスイッチＳＷ４及びＳＷ６をオンにすると、キャパシタＣ２及びＣ３に保持された電圧値Ｓ／Ｈ２及びＳ／Ｈ３が比較器５４に入力され、経路２の測定結果と経路３の測定結果が比較される。比較信号ＣＭＰは、セレクタ５６に出力される。この結果、比較器５４からセレクタ５６に、３通りの比較信号ＣＭＰが３ビットの信号としてシリアル出力される。セレクタ５６は、３通りの比較信号ＣＭＰから、３つの経路のうち最も電圧値が低かった経路を判定し、制御部２０へ伝達する。ここでは経路１の測定結果が最も低かったものとする。

制御部２０は、続いて実施される経路４の測定結果と、セレクタ５６から伝達された最下位の経路の測定結果とを入れ替える。すなわち、セレクタ５６から伝達された最下位の測定結果が保持されているキャパシタ（ここではＣ１）に、経路４の測定結果を保持させるべく、制御部２０は、経路４に電流を供給している間、スイッチＳＷ０をオンにして、測定された電圧値をキャパシタＣ１に保持させる。このとき、制御部２０は、レジスタ５２ａに「４」を格納する。これにより、キャパシタＣ１には経路４の測定結果が、キャパシタＣ２には経路２の測定結果が、キャパシタＣ３には経路３の測定結果が、それぞれ保持される。続いて、上述の手順と同様に、キャパシタＣ１〜Ｃ３に保持されている電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３が比較されて、比較信号ＣＭＰがセレクタ５６に出力される。セレクタ５６は、最下位の経路を制御部２０へ伝達する。

経路５及び経路６についても、上記と同様の手順が繰り返され、最終的に経路６の測定終了後に、６通りの経路のうち上位２つの経路がセレクタ５６により判定される。制御部２０は、テーブル５８を参照して、上位２つの経路の組合せから、モータ９０の位置を検出する。これにより、位置を検出するためのセンサを備えないモータ９０であっても、モータ９０の停止時に、モータ９０の位置を的確に検出することができる。

図７は、停止時におけるモータ９０の回転角と、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む複数の経路に電流を流したときの電流値との関係の別の例を示す。図７の例では、例えば６０度付近の範囲Ａにおいて、経路２の電流値が経路４及び経路６の電流値よりも高くなっており、図３に示した例とは順位が異なっている。この場合、例えば、電流値が最も高い経路と２番目に高い経路の組合せが、経路１と経路２であるという判定結果が出たとき、停止時位置検出部５０は、モータ９０の位置が０度〜６０度の範囲にあると判定してもよいし、６０度〜１２０度の範囲にあると判定してもよい。すなわち、範囲Ａを０度〜６０度の範囲に含まれるものとみなしてもよいし、６０度〜１２０度の範囲に含まれるものとみなしてもよい。順位が入れ替わる範囲が比較的広く、上述のような判定を行うと誤差が大きくなってしまう場合は、停止時位置検出部５０は、例えば、１位と２位の組合せだけでなく、３位以下の順位まで考慮してモータ９０の角度を判定してもよい。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、３つのサンプルホールド用キャパシタを利用して、６通りの経路に流れる電流の比較を行ったが、４つ以上のサンプルホールド用キャパシタを用いてもよい。また、電流値の順位を判定するための構成は図５に示した構成に限られず、任意の構成であってもよく、例えばＣＰＵ［central processing unit］などの汎用回路によるソフトウェア処理により順位を判定してもよい。

実施の形態では、６０度間隔でモータ９０の位置を検出したが、例えば１位と２位の経路の組合せではなく、それらの順位も考慮すれば、３０度間隔で位置を検出することも可能である。

上述した６通りの経路に電流を供給したときの電流値を測定する前に、測定の準備として、いずれかの経路に電流を供給し、キャパシタＣ１〜Ｃ３にそのときの電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３を保持させて、サンプルホールド回路５３のプリチャージを行ってもよい。例えば、経路１に２回電流を供給して、キャパシタＣ１〜Ｃ３の電圧値Ｓ／Ｈ１〜Ｓ／Ｈ３を測定時の値に予め近づけておく。これにより、サンプルホールド回路５３における検出電圧Ｖｄｅｔの検出精度を向上させることができる。

図９は、試験電流Ｉｓの電流値と通電時間ｔｓとの関係を示す図である。図中の符号Ｍ１〜Ｍ３は、それぞれ、特性（Ｒ特性やＬ特性）の異なるモータ９０に試験電流Ｉｓを流したときの挙動（試験電流Ｉｓの電流値が時間的に変化する様子）を示している。図示の通り、試験電流Ｉｓの電流値は、基本的に通電時間ｔｓを長く設定するほど大きくなる。

ところで、第１構成例の停止時位置検出部５０では、モータ９０の特性に依ることなく試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓが一定値に固定されていた。そのため、試験電流Ｉｓの電流値は、回転制御装置１０に接続されるモータ９０の特性に応じて大きく変動していた。

停止時位置検出部５０は、上記の試験電流Ｉｓを検出電圧Ｖｄｅｔに変換し、その電圧値を比較して回転位置を検出する。そのため、モータ９０の特性に依存して試験電流Ｉｓの電流値が大きく変動した場合には、検出電圧Ｖｄｅｔの生成に支障を来たして、モータ９０の回転位置を正しく検出することができなくなる、という問題があった。

図１０は、試験電流Ｉｓと検出電圧Ｖｄｅｔとの関係（増幅器５１Ａに設定された入出力特性の第１例）を示す図である。本図の入出力特性に従うと、試験電流Ｉｓが検出可能範囲の下限値ＩＬよりも小さいときには、試験電流Ｉｓに依ることなく検出電圧Ｖｄｅｔが出力レンジの最小値０となり、試験電流Ｉｓが検出可能範囲の下限値ＩＬよりも大きく検出可能範囲の上限値ＩＨよりも小さいときには、検出電圧Ｖｄｅｔが試験電流Ｉｓに応じて線形的に上昇し、試験電流Ｉｓが検出可能範囲の上限値ＩＨよりも大きいときには、試験電流Ｉｓに依ることなく検出電圧Ｖｄｅｔが出力レンジの最大値Ｖｒｅｇとなる。

従って、第１構成例の停止時位置検出部５０は、試験電流Ｉｓの電流値が検出可能範囲に収まるモータ（符号Ｍ２）の回転位置を検出することはできても、試験電流Ｉｓの電流値が検出可能範囲から外れるモータ（符号Ｍ１及びＭ３）の回転位置については、検出精度が悪くなっていた。

図１１は、試験電流Ｉｓと検出電圧Ｖｄｅｔとの関係（増幅器５１Ａに設定された入出力特性の第２例）を示す図である。本図の入出力特性では、先出の第１例（図１０）と比べて、試験電流Ｉｓの検出可能範囲が広げられている。このような入出力特性を設定すれば、停止時における回転位置を検出することが可能なモータの種類を増やすことできる。しかしながら、試験電流Ｉｓの検出可能範囲を広げた代償として、試験電流Ｉｓの変化量に対する検出電圧Ｖｄｅｔの変化量が小さくなるので、回転位置の検出精度が低下する、という別の問題があった。

このように、第１構成例の停止時位置検出部５０では、様々なモータへの対応と検出精度の向上を両立することができず、さらなる改善の余地を残していた。

図１２は、停止時位置検出部の第２構成例を模式的に示す図である。第２構成例の停止時位置検出部５０は、先出の第１構成例とほぼ同様の構成から成る。そこで、第１構成例と同様の構成要素については、図５と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第２構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。

第２構成例の停止時位置検出部５０では、第１の特徴部分として、制御部２０からの指示を受けて比較器５４の反転入力端（−）と参照電圧Ｖｒｅｆの印加端との間を導通／遮断するスイッチＳＷ７が追加されている。スイッチＳＷ７の働きについては後述する。

また、第２構成例の停止時位置検出部５０では、第２の特徴部分として、パワー回路３０を形成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３のオン抵抗成分を利用して、試験電流Ｉｓの検出を行う構成が採用されている。このような構成を採用することにより、検出抵抗Ｒが不要となる。

なお、上記の構成を採用したことに伴い、増幅器５１Ｂの構成にも変更が加えられている。より具体的に述べると、増幅器５１Ｂは、セレクタ５１１と、電流出力アンプ５１２と、電流／電圧変換部５１３と、を含む。

セレクタ５１１は、制御部２０からの指示を受けて、パワー回路３０の出力電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのいずれか一つを選択電圧Ｖｓｅｌとして択一的に出力する。より具体的に述べると、セレクタ５１１は、トランジスタＴｒ１のオン時には出力電圧ＶＵを出力し、トランジスタＴｒ２のオン時には出力電圧ＶＶを出力し、トランジスタＴｒ３のオン時には出力電圧ＶＷを出力する。従って、セレクタ５１１から出力される選択電圧Ｖｓｅｌは、電源電圧Ｖｃｃの印加端からトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３（オン抵抗値：Ｒｏｎ）のいずれかを介して流れる試験電流Ｉｓに応じた電圧値（＝Ｖｃｃ−Ｉｓ×Ｒｏｎ）となる。

電流出力アンプ５１２は、非反転入力端（＋）に印加される電源電圧Ｖｃｃと反転入力端（−）に印加される選択電圧Ｖｓｅｌとの差分電圧Ｖ１（＝Ｉｓ×Ｒｏｎ）に応じた検出電流Ｉ１を生成する。言い換えると、電流出力アンプ５１２は、試験電流Ｉｓに応じた検出電流Ｉ１（＝α×Ｉｓ）を生成する。

電流／電圧変換部５１３は、検出電流Ｉ１を検出電圧Ｖｄｅｔに変換してサンプルホールド回路５３に出力する。なお、電流／電圧変換部５１３の出力レンジは、最小値が０で最大値がＶｒｅｇに設定されている。

図１３は、通電時間ｔｓの設定動作を説明するためのタイミングチャートであり、上から順に、試験電流Ｉｓの通電信号ＯＮ（トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のうち、試験電流Ｉｓが流されるトランジスタのオン／オフ制御信号）、試験電流Ｉｓ、検出電圧Ｖｄｅｔ、及び、比較信号ＣＭＰが描写されている。

通電時間ｔｓの設定動作時には、スイッチＳＷ０、ＳＷ３、及び、ＳＷ７がオンされ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、及び、ＳＷ６がオフとされる。その結果、比較器５４では、検出電圧Ｖｄｅｔと参照電圧Ｖｒｅｆとが比較される。

時刻Ｔ１において、制御部２０が通電信号ＯＮをハイレベルに立ち上げると、予め定められた経路を介して試験電流Ｉｓを流すように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオン／オフ制御が行われる。例えば、トランジスタＴｒ１及びＴｒ６がオンされて、トランジスタＴｒ２〜Ｔｒ５がオフされた場合、電源電圧Ｖｃｃの印加端と接地電圧ＧＮＤの印加端との間にコイルＵ及びＶが直列に接続される形となるので、Ｕ相からＶ相に向けた試験電流Ｉｓが流される。

時刻Ｔ１以後、試験電流Ｉｓは時間の経過と共に増大し、これに伴って検出電圧Ｖｄｅｔが上昇する。ただし、検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆを下回っている間、比較信号ＣＭＰはローレベルに維持される。

その後、時刻Ｔ２において、検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆを上回ると、比較信号ＣＭＰがハイレベルに立ち上がる。制御部２０は、比較信号ＣＭＰがハイレベルに立ち上がったことを受けて、試験電流Ｉｓの通電を停止する。

ここで、制御部２０は、試験電流Ｉｓの通電を開始してから検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆに達するまでの時間を測定しており、その測定結果を試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓ（＝Ｔ２−Ｔ１）としてレジスタに格納する。この通電時間ｔｓは、モータ９０の回転位置を検出する際、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む複数の経路に流れる試験電流Ｉｓ全てにについて共通に適用される。

このように、モータ９０の回転位置を検出する際、試験電流Ｉｓに応じて生成される検出電圧Ｖｄｅｔのモニタ結果（参照電圧Ｖｒｅｆとの比較結果）に基づいて、試験電流Ｉｓの最適な通電時間ｔｓ（延いては、試験電流Ｉｓの最適な電流値）を自動的に判別して設定する構成であれば、モータ９０の特性に依らず、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む複数の経路に流れる試験電流Ｉｓを最適化し、回転位置の検出精度を高めることが可能となる。

図１４は、第２構成例の停止時位置検出部５０で得られる検出電圧Ｖｄｅｔの例を示す図である。本図に例示された試験電流Ｉｓの通電シーケンスでは、モータ９０の回転位置検出に際して、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む経路１〜６のうち、最初に選択される経路１に試験電流Ｉｓを流すときに、図１３で説明した通電時間ｔｓの設定動作が行われ、以後順次選択される経路２〜６については、経路１に流れる試験電流Ｉｓに基づいて設定された通電時間ｔｓにわたって試験電流Ｉｓが流される。

図１４の上段、中段、及び、下段を比較参照すれば分かるように、試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓは、経路１に試験電流Ｉｓを流したときに得られる検出電圧Ｖｄｅｔが常に参照電圧Ｖｒｅｆと一致するように変動する可変値（ｔｓ１〜ｔｓ３）となる。すなわち、試験電流Ｉｓの経路毎に生成される６通りの検出電圧Ｖｄｅｔは、参照電圧Ｖｒｅｆを基準値として規格化される。

従って、参照電圧Ｖｒｅｆを増幅器５１Ｂの出力レンジの中間値またはその近傍値に設定しておけば、検出電圧Ｖｄｅｔは、常に増幅器５１Ｂの出力レンジの中間値付近で変動することになる。その結果、モータ９０の特性や増幅器５１Ｂの入出力特性に依らず、試験電流Ｉｓの電流値を常に検出可能範囲（検出電圧Ｖｄｅｔの線形領域）に収めることができるので、様々なモータの回転位置を正しく検出することが可能となる。

また、試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓが可変制御される上記の構成によれば、増幅器５１Ｂのゲイン（試験電流Ｉｓに対する検出電圧Ｖｄｅｔの傾き）を大きく設定しても、検出電圧Ｖｄｅｔが増幅器５１Ｂの出力レンジに収まるので、回転位置の検出精度を向上することが可能となる。特に、ロータ磁力の小さいモータ（例えば、ロータの素材としてフェライト磁石を用いた廉価モータ）を用いる場合には、増幅器５１Ｂのゲインを大きく設定する必要があるので、試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓを可変制御することは非常に有益であると言える。

図１５は、増幅器５１Ｂの入出力特性に応じて試験電流Ｉｓが変化する様子を示す図である。例えば、図１５の上段、中段、及び、下段で例示したように、増幅器５１Ｂの入出力特性を任意に切り替えることが可能な構成であれば、モータ９０の特性に応じて増幅器５１Ｂの入出力特性を最適化することができるので、回転位置の検出精度を向上することが可能となる。なお、増幅器５１Ｂの入出力特性をどのように切り替えても、検出電圧Ｖｄｅｔは、常に増幅器５１Ｂの出力レンジの中間値付近で変動するので、回転位置の検出動作に支障を来たすことはない。

なお、先出の図１４では、モータ９０の回転位置検出に際して、コイルＵ、Ｖ及びＷを含む経路１〜６のうち、最初に選択される経路１に試験電流Ｉｓを流すときに、通電時間ｔｓの設定動作を行うシーケンスを例に挙げて説明を行ったが、通電時間ｔｓの設定動作を行うタイミングはこれに限定されるものではなく、例えば、経路１への通電に先立ってサンプルホールド回路３０のプリチャージを行うシーケンスが採用されている場合には、そのプリチャージに際して試験電流Ｉｓを流すときに、検出電圧Ｖｄｅｔが参照電圧Ｖｒｅｆに達するまでの時間を計測し、その結果を試験電流Ｉｓの通電時間ｔｓとして設定するようにしてもよい。

図１６は、回転制御装置を搭載したデスクトップパソコンの一構成例を示す外観図である。本構成例のデスクトップパソコンＸは、本体ケースＸ１０と、液晶モニタＸ２０と、キーボードＸ３０と、マウスＸ４０と、を有する。

本体ケースＸ１０は、中央演算処理装置Ｘ１１、メモリＸ１２、光学ドライブＸ１３、及び、ハードディスクドライブＸ１４などを収納する。

中央演算処理装置Ｘ１１は、ハードディスクドライブＸ１４に格納されたオペレーティングシステムや各種のアプリケーションプログラムを実行することにより、デスクトップパソコンＸの動作を統括的に制御する。

メモリＸ１２は、中央演算処理装置Ｘ１１の作業領域（例えばプログラムの実行に際してタスクデータを格納する領域）として利用される。

光学ドライブＸ１３は、光ディスクのリード／ライトを行う。光ディスクとしては、ＣＤ［compact disc］、ＤＶＤ［digital versatile disc］、及び、ＢＤ［Blu-ray disc］などを挙げることができる。

ハードディスクドライブＸ１４は、筐体内に密閉された磁気ディスクを用いてプログラムやデータを不揮発的に格納する大容量補助記憶装置の一つである。

液晶モニタＸ２０は、中央演算処理装置Ｘ１１からの指示に基づいて映像を出力する。

キーボードＸ３０及びマウスＸ４０は、ユーザの操作を受け付けるヒューマンインタフェイスデバイスの一つである。

上記構成から成るデスクトップパソコンＸにおいて、先述の回転制御装置１０は、スピンドルモータを用いて光ディスクの回転を制御する光学ドライブＸ１３や、磁気ディスクの回転を制御するハードディスクドライブＸ１４に適用することが可能である。

なお、上記では、本発明の適用対象として、光学ドライブやハードディスクドライブを搭載したコンピュータを例に挙げたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば、光ディスク再生手段を搭載したディスク再生装置（ゲーム機やＤＶＤプレーヤなど）にも本発明を適用することが可能である。また、本発明に係る回転制御装置は、ディスク駆動装置だけでなく、モータを用いる様々な電子機器に広く適用することが可能である。

本発明は、モータの回転を制御する回転制御装置に利用することができる。

１ 磁気ディスク駆動装置
２ ディスク
３ 磁気ヘッド
４ リード／ライト制御回路
１０ 回転制御装置
２０ 制御部
３０ パワー回路
４０ 位置検出部
５０ 停止時位置検出部
５１Ａ、５１Ｂ 増幅器
５１１ セレクタ
５１２ 電流出力アンプ
５１３ 電流／電圧変換部
５２ レジスタ
５３ サンプルホールド回路
５４ 比較器
５６ セレクタ
５８ テーブル
９０ モータ
９２ ロータ
９４ ステータ
Ｕ，Ｖ，Ｗ コイル
Ｘ デスクトップパソコン
Ｘ１０ 本体ケース
Ｘ１１ 中央演算処理装置
Ｘ１２ メモリ
Ｘ１３ 光学ドライブ
Ｘ１４ ハードディスクドライブ
Ｘ２０ 液晶モニタ
Ｘ３０ キーボード
Ｘ４０ マウス

Claims (13)

1. 複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの停止時に、前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給する制御部と、
   前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定し、前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定し、前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出する停止時位置検出部と、
   を備える回転制御装置であって、
   前記制御部は、前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その計測時間を前記試験電流の通電時間として設定するものであり、
   前記停止時位置検出部は、前記検出電圧を生成する増幅器を備え、
   前記参照電圧は、前記増幅器の出力レンジの中間値またはその近傍値に設定されていることを特徴とする回転制御装置。
2. 前記増幅器は、その入出力特性が任意に切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の回転制御装置。
3. 前記停止時位置検出部は、前記順位と前記モータの回転位置とを対応づけて格納したテーブルを更に備え、前記テーブルを参照して前記モータの回転位置を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転制御装置。
4. 前記停止時位置検出部は、最も電流値が高い経路と、２番目に電流値が高い経路との組合せに基づいて、前記モータの回転位置を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転制御装置。
5. 前記制御部は、前記モータの停止時に前記モータの回転位置を検出するとき、前記モータを駆動するときに前記経路に供給する電流よりも少ない前記試験電流を前記経路に供給することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の回転制御装置。
6. 前記制御部は、前記モータの停止時に前記モータの回転位置を検出するとき、前記モータを駆動するときに前記経路に電流を供給する期間よりも短い期間、前記経路に前記試験電流を供給することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転制御装置。
7. 前記停止時位置検出部は、前記検出電圧を保持するサンプルホールド回路を更に備え、
   前記制御部は、前記複数の経路に流れる前記試験電流を測定する前に、前記経路に前記試験電流を供給し、前記サンプルホールド回路をプリチャージすることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の回転制御装置。
8. 前記制御部は、前記モータの回転位置検出に際して最初に選択される経路に前記試験電流を流すときに前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その計測時間を前記試験電流の通電時間として設定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の回転制御装置。
9. 前記制御部は、前記サンプルホールド回路のプリチャージに際して前記試験電流を流すときに前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その計測時間を前記試験電流の通電時間として設定することを特徴とする請求項７に記載の回転制御装置。
10. 複数のコイルを有するステータと磁性を有するロータとを含むモータの停止時に、前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給するステップと、
    前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定するステップと、
    前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定するステップと、
    前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出するステップと、
    を含む回転制御方法であって、
    前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その計測時間を前記試験電流の通電時間として設定するステップを更に含み、
    前記参照電圧は、前記検出電圧を生成する増幅器の出力レンジの中間値またはその近傍値に設定されていることを特徴とする回転制御方法。
11. ディスクを回転させるモータと、
    前記モータの回転を制御する回転制御装置と、
    前記ディスクに対するデータの書き込み又は読み出しを制御するリード・ライト制御部と、を備え、
    前記モータは、
    複数のコイルを有するステータと、
    磁性を有するロータと、を含み、
    前記回転制御装置は、
    前記モータの停止時に、前記コイルを含む異なる複数の経路に試験電流を供給する制御部と、
    前記複数の経路に流れる前記試験電流をそれぞれ検出電圧に変換して測定し、前記検出電圧の電圧値を比較して前記試験電流の電流値の順位を判定し、前記順位に基づいて前記モータの回転位置を検出する停止時位置検出部と、を含み、
    前記制御部は、前記複数の経路のいずれかに前記試験電流を流して前記検出電圧が所定の参照電圧に達するまでの時間を計測し、その計測時間を前記試験電流の通電時間として設定するものであり、
    前記停止時位置検出部は、前記検出電圧を生成する増幅器を備え、
    前記参照電圧は、前記増幅器の出力レンジの中間値またはその近傍値に設定されていることを特徴とするディスク駆動装置。
12. 光学ドライブ及びハードディスクドライブの少なくとも一方として、請求項１１に記載のディスク駆動装置を搭載したことを特徴とするコンピュータ。
13. ディスク再生手段として、請求項１１に記載のディスク駆動装置を搭載したことを特徴とするディスク再生装置。