JPH06103693A - 磁気ディスク駆動装置及び回転速度変動抑圧方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘッド位置による風損や負荷変動の回転速度
への影響を抑えること。 【構成】 スピンドルモータ１はその回転子の磁極変化
を検出する方法等で回転を検出し、サーボ回路３へ与え
られる。サーボ回路３では、あらかじめ定められた回転
速度を保つべく制御量をドライバ回路２へ与え、モータ
１の回転速度を維持する。動作状態制御回路４は、上位
装置１１より発せられた指令をインターフェイス回路１
０を経て受信する。動作内容は、アクチュエータを任意
のトラックへ移動させる指令（シーク指令）、スピンド
ルモータの起動や停止を行なう指令があり、それぞれＶ
ＣＭサーボ回路６やスピンドルサーボ回路３へ適切な指
令として与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、磁気ディスク駆動装置及び回転
速度変動抑圧方法に関し、より詳細には、ヘッド位置に
よる風損や負荷変動の回転速度への影響を抑えるように
した磁気ディスク駆動装置及び回転速度変動抑圧方法に
関する。

【０００２】

【従来技術】磁気ディスク装置では、ヘッドアームの位
置によってディスクが回転することによって発生してい
る風損、すなわちスピンドルモータの負荷が変化する。
従来技術においては、定常回転時のサーボゲインは一定
であるため、次のような欠点がある。 ヘッドのシーク時（移動時）に急に負荷（風損）が変
動するため、ディスクの回転速度が変動する。 定常回転時のモータ負荷がヘッドの位置によって変わ
るためサーボ回路のゲインを最適化出来ない。

【０００３】ディスク面近くの空気流は、ディスク回転
による円周流れとともに、図１６に示すような空気の流
れが考えられる。図１６は中央クランプ形で、ディスク
間にはディスク回転による遠心力に起因する外方向に流
れると、そこへ空気を供給する中心方向の流れが生じ
る。流れはディスク面に接する空気の粘性で空気が回転
することにより生じるものである。このためにエネルギ
ーを常に与えなければ回転は停止する。１枚の円板では
回転数の１４／５乗に比例するという理論があり、同一
回転数ならば外径が大きい程風損が大きくなる。図１７
は、回転数に対する風損の関係を示す図である。また、
粘性は、温度・湿度・圧力の影響を受けるので、これら
を補正することにより、風損の推定精度を向上させるこ
とができる。

【０００４】図１８は、円形ショラウドにおけるアーム
の風損を測定したもので、アーム一本当り最大１１.７
Ｗの風損を発生している。１２枚ディスクパックのみの
場合の風損は、この場合８６Ｗと測定されているから、
アーム全実装（１１本）により、風損は２.５倍にも増
加することがわかる。

【０００５】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みなされたも
ので、ヘッド位置による風損や負荷変動の回転速度への
影響を抑えるようにした磁気ディスク駆動装置及び回転
速度変動抑圧方法を提供することを目的としてなされた
ものである。

【０００６】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
ディスクを回転させるモータ回転制御装置において、モ
ータの回転速度を検出する検出手段と、あらかじめ定め
た回転速度と検出された回転速度の差を出力する速度差
検出器と、該速度差検出器の出力に従がって回転速度制
御する速度制御手段とを備え、該速度制御手段は、速度
差検出器の出力の大小を判定する判定手段と、該判定手
段の判定結果に基づいて、制御特性を変化させる切換手
段とを有すること、或いは、（２）磁気ヘッドを磁気デ
ィスクのトラックへ位置決めるアクチュエータと、前記
磁気ヘッドを磁気ディスク上の任意のトラックへ移動さ
せかつ位置決めするアクチュエータ制御装置とを有する
モータ回転制御装置において、モータの回転速度を検出
する検出手段と、あらかじめ定めた回転速度と検出され
た回転速度の差を出力する速度差検出器と、該速度差検
出器の出力に従がって回転速度制御する速度制御手段と
を備え、該速度制御手段は、前記アクチュエータ制御装
置への移動指令に基づいて、制御特性を変化させる切換
手段とを有すること、更には、（３）前記（２）におい
て、前記アクチュエータ制御装置は、移動指令に基づい
た動作の完了が移動の整定完了判定手段の出力と回転制
御装置の速度差検出器の出力により回転速度の良否を判
定する判定手段の出力により判定すること、或いは、
（４）磁気ヘッドを磁気ディスクのトラックへ位置決め
るアクチュエータと、前記磁気ヘッドを磁気ディスク上
の任意のトラックへ移動させかつ位置決めするアクチュ
エータ制御装置とを有するモータ回転制御装置におい
て、モータの回転速度を検出する検出手段と、あらかじ
め定めた回転速度と検出された回転速度の差を出力する
速度差検出器と、該速度差検出器の出力に従がって回転
速度制御する速度制御手段とを備え、該速度制御手段
は、前記アクチュエータ制御装置への移動指令に基づい
て、制御特性を変化させることを特徴としたものであ
る。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

【０００７】図１は、本発明による磁気ディスク駆動装
置の一実施例を説明するための構成図で、図中、１はス
ピンドルモータ、２はドライバ回路、３はスピンドルサ
ーボ回路、４は動作状態制御回路、５はＶＣＭ（ボイス
コイルモータ）ドライバ回路、６はＶＣＭサーボ回路、
７は位置ずれ信号生成回路、８はリードライト回路、９
はデータ変復調回路、１０は上位装置インタフェイス回
路、１１は上位装置、１２は磁気ディスク、１３は磁気
ヘッド、１４はアクチュエータである。磁気ディスク１
２は、スピンドルモータ１で回転駆動される。磁気ヘッ
ド１３はアクチュエータ１４の先端に取付けられてい
る。アクチュエータ１４の他端には、ＶＣＭ５に同心円
状に配置されたデータ記憶トラックに位置決めされる。
位置決め動作は、磁気ヘッド１３より再生された位置決
めのためのサーボ情報の検出や、アクチュエータ１４の
回転角や移動位置を示す検出器からの信号等で、磁気デ
ィスク１２上のトラックからのずれ量を位置ずれ信号生
成回路７の出力に基づき、ＶＣＭサーボ回路６を経てア
クチュエータ１４を駆動するＶＣＭドライバ回路５へ与
えられる。このようにして同心円状のトラック位置決め
される。

【０００８】スピンドルモータ１はその回転子の磁極変
化を検出する方法等で回転を検出し、スピンドルサーボ
回路３へ与えられる。該スピンドルサーボ回路３では、
あらかじめ定められた回転速度を保つべく制御量をドラ
イバ回路２へ与え、スピンドルモータ１の回転速度を維
持する。動作状態制御回路４は、上位装置１１より発せ
られた指令をインターフェイス回路１０を経て受信す
る。動作内容は、アクチュエータ１４を任意のトラック
へ移動させる指令（シーク指令）、スピンドルモータ１
の起動や停止を行なう指令があり、それぞれＶＣＭサー
ボ回路６やスピンドルサーボ回路３へ適切な指令として
与える。

【０００９】図２は、図１におけるヘッドアンプ（ＨＤ
Ａ）部の構成図で、図中、１５はハブ機構、１６は磁気
ヘッドスライダ、１７は気密収容器、１８はアクセスモ
ータ、１９はアクセスアームで、その他、図１と同じ作
用をする部分は同一の符号を付してある。６枚に積層さ
れた磁気ディスク１２がスピンドルモータ１によって回
転するアクセスアーム１９の５本がスタックされたアク
チュエータ１４はアクセスモータ１８によって磁気ディ
スク上の任意のトラックへ移動して位置決めされる。

【００１０】図３は、ヘッドアクセス機構を示す図で、
図中、２１はアクセスアーム、２２はヘッドジンバル、
２２ａは磁気ヘッド、２３はヘッドリフター、２４はピ
ン、２５ａ，２５ｂはワッシャ、２６はバネ、２７はカ
ム、２８はカートリッジケース、２９はディスク外径、
２９ａ磁気はディスク、３０はディスク浮上保障領域、
３１はヘッドランディング領域、３２はデータ領域、３
３はアクチュエータ、３３ａはアクチュエータの回転中
心である。磁気ヘッド２２ａが外周位置にある場合、す
なわち図３の（Ｂ）は、磁気ディスク２９ａ上に磁気ヘ
ッド２２ａとヘッドジンバル２２が存在し、アクセスア
ーム２１はわずかにかかっている程度である。図４
（ａ）はこの状態を横から示したものである。磁気ヘッ
ド２２ａが内周位置にある場合、すなわち図３の（Ｃ）
は、磁気ディスク２９ａ上にはアクセスアーム２１が大
部分存在している。図４（ｃ）は横から示したものであ
る。これらより、磁気ディスクの回転に伴なう空気の流
れ（風）をさまたげるヘッドジンバルやアクセスアーム
の存在量が変わる。すなわち風損が変化する。

【００１１】図５は、磁気ヘッドの磁気ディスク上の半
径位置と風損の量を示すグラフである。図中（０）の領
域は、磁気ヘッドとヘッドジンバルとアクセスアームが
ない状態であり、ディスク（群）を回転させただけで発
生する風損量である。図中（１）の領域は、磁気ヘッド
とヘッドジンバルが存在している場合の風損量である。
ヘッドジンバルの断面は極めて小さい（実際には厚みが
薄い）。図中（２）の領域は、アクセスアームが磁気デ
ィスク部にかかりその量によって内周へ向う程大きくな
り、それに従って風損が増加することを示している。図
５の（１）と（２）の領域の段差は、アクセスアームの
先端部がおおむね角形になっているため、あるところで
急激に風損が増加する。図中（３）の領域は、アクセス
アームの根本付近、すなわちアクセスアームが取付いて
いるアクチュエータが磁気ディスクに近接するために風
損が増加することを示している。これは（３′）に示し
たようにアクチュエータの構造によっては、その影響が
発生しない場合もある。

【００１２】図６は、スピンドルモータの回転子が永久
磁石であり、その着磁の様子を示したものである。図７
は、図６に示した回転子を３相で駆動するシーケンスを
示したものである。回転子の磁極を検知するホール素子
を３ケ所配置し、回転に伴なってＳａ，Ｓｂ，Ｓｃの信
号が各々から出力される。これらから、回転方向に力を
発生すべく固定子である励磁巻線３組にＡ，Ｂ，Ｃに示
す駆動電流を与える。図８は、図７の磁極を検知する１
つの相の信号と回転角を示しており、信号の周期を測る
ことで回転速度に反比例する情報が得られる。

【００１３】図９は、スピンドルモータの回転速度制御
回路の構成図で、図中、４１はマイクロコンピュータ、
４２はプログラム、４３はＰＷＭ（Pulse Width Modula
tion：パルス幅変調）回路、４４は計時回路、４５はフ
ィルタ、４６はモータドライバ、４７はスピンドルモー
タである。マイクロコンピュータ４１を用いて、図１１
に示すような演算を行って一定速度を保っている。図１
１において、回転パルス立上り発生割込になると、ま
ず、周期計時データを読み込み（step１）、次に、１÷
周期計時データから現在の回転速度を求め（step２）、
目標回転速度から現在の回転速度を引いて速度エラーを
求める（step３）。次に、積算速度エラーと速度エラー
を加えて積算速度エラーを求める（step４）。次に、積
算速度エラーに係数１を掛けたものと速度エラーに係数
２を掛けたものを加えて制御量を求める（step５）。最
後に制御量をＰＷＭ器に書き込む。

【００１４】この実施例で用いたマイクロコンピュータ
は、計時回路を有しており、磁極検知の回転パルス信号
の周期を測定している。演算の結果を、駆動電流の制御
電圧とするＰＷＭ回路と、その波形整形を行なうフィル
タ回路を経てモータを駆動している。図１０は、図９に
おける自動制御のブロック線図を示す図である。このサ
ーボ系において、図１０中のソフト積分項は、図１１で
はステップ４で表現されており、定常速度偏差を打消す
機能を有している。これは、回転速度を維持するための
制御量を与えるものである。これは物理的にはモータの
負荷（機械回転損失と風損の和）である。

【００１５】図１２は、風損の変化を回転速度の変化と
して検出し、その変動を抑えるためのフローチャートで
ある。ステップ３で検出した速度エラーをステップ７で
判定し、変動が大きいと判定された場合は、ステップ９
の処理へ向う。ステップ９では、安定的状態から変動が
大きいとして速度修正状態へ入ったことを示し、その変
化時点でステップ１０において係数２を変更し、制御ゲ
インを増す動作を行なう。ステップ１０を経て、再度ゲ
インが増された状態で制御量を算出し、ステップ７，９
を経てリターンする。他方、速度エラーが小さくなった
場合は、速度修正状態から定常状態に戻すべく、ステッ
プ８で係数２に定常規定値を代入し、制御ゲインを下げ
てリターンする。この際、制御ゲインを下げた後、再度
制御量を算出してＰＷＭ器へ書込む動作を行なってもよ
い。さらには、定常回転状態と速度修正状態との判定に
おいて、図１３に示すように、ヒステリシス（同一の速
度エラー判定値を用いない）を有することも可能であ
る。また、制御ゲイン変更に際しては、ステップ３で算
出された速度エラーに別途設けた係数３を乗じ、制御エ
ラーデータを算出してステップ４に引き渡す手段もあ
る。また、図１２に示すフローチャートにおいては、ゲ
イン２段階であるが、さらに可変することも容易に実施
し得ることはもちろんである。

【００１６】さらに、図５に示したように、風損が変化
することにより回転速度が変化するので、図１に示した
構成では、アクチュエータを移動する指示を動作状態制
御回路４が受信した後、ＶＣＭサーボ回路６へ指令を行
なう。すなわち、図１４に示すように、動作状態制御回
路４は同時にスピンドルサーボ回路３へ制御ゲインの増
加を指示し、風損変化に先立って、制御ゲインを上げ得
る。また、磁気ヘッドの移動量によって風損変化の大小
があらかじめわかっているので、一定量以下の場合には
制御ゲインの切換を行なわない動作ないし、移動量によ
って段階的又は連続的な制御ゲインの変化を行なわせる
方法もある。図１５は、シーク動作の完了を上位装置に
通知する際にＶＣＭサーボ回路によって、アクチュエー
タが正確に目的トラックに位置決めされた条件と磁気デ
ィスクが良好な回転速度で回転しているか否かを判定す
るフローチャートである。

【００１７】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、以下のような効果がある。 （１）請求項１に対応する効果：図１２に示すように、
速度エラー量を判定し、係数２を変化させており、異常
時には制御ゲインを大きくすることですばやくかつ小幅
に回転変動を抑え得る。 （２）請求項２，４に対応する効果：図１４に示すよう
に、アクチュエータ制御装置への指令をスピンドル回転
制御装置の制御ゲインの可変情報としているので回転速
度変動をすばやく小量に抑える。 （３）請求項３に対応する効果：図１５に示すように、
アクチュエータ制御装置への指令に対する完了通知は磁
気ヘッドが目的トラックへ正確に位置決めされ、かつ、
正常な回転速度で磁気ディスクが回転していることをも
ってなされているので、シーク動作に引き続くであろう
データの記録又は再生動作が常に最適な状態で行なわれ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による磁気ディスク駆動装置の一実施
例を説明するための構成図である。

【図２】 図１におけるヘッドアンプ部の構成図であ
る。

【図３】 本発明によるヘッドアクセス機構を示す図で
ある。

【図４】 本発明によるヘッド位置と風損の関係を説明
するための図である。

【図５】 本発明による磁気ヘッドの位置と風損の量を
示すグラスの図である。

【図６】 本発明によるスピンドルの回転子を示す図で
ある。

【図７】 図６における回転子を３相で駆動するシーケ
ンスを示す図である。

【図８】 図７における磁極を検知する１つの相の信号
と回転角を示す図である。

【図９】 本発明によるスピンドルモータの回転速度制
御回路の構成図である。

【図１０】 図９における自動制御のブロック線図であ
る。

【図１１】 図１０における動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図１２】 本発明による風損の変化を回転速度の変化
として検出し、その変動を抑えるためのフローチャート
である。

【図１３】 図１２における動作を説明するための図で
ある。

【図１４】 本発明による動作状態制御回路の動作を説
明するためのフローチャートである。

【図１５】 本発明による動作状態制御回路の動作を説
明するための他のフローチャートである。

【図１６】 従来のディスク回転による風損を説明する
ための図である。

【図１７】 従来のディスクバックの風損を示すグラフ
の図である。

【図１８】 従来の円形シュラウドにおけるアームの風
損を測定した結果を示す図である。

【符号の説明】

１…スピンドルモータ、２…ドライバ回路、３…スピン
ドルサーボ回路、４…動作状態制御回路、５…ＶＣＭ
（ボイスコイルモータ）ドライバ回路、６…ＶＣＭサー
ボ回路、７…位置ずれ信号生成回路、８…リードライト
回路、９…データ変復調回路、１０…上位装置インタフ
ェイス回路、１１…上位装置、１２…磁気ディスク、１
３…磁気ヘッド、１４…アクチュエータ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディスクを回転させるモータ回転制御装
   置において、モータの回転速度を検出する検出手段と、
   あらかじめ定めた回転速度と検出された回転速度の差を
   出力する速度差検出器と、該速度差検出器の出力に従が
   って回転速度制御する速度制御手段とを備え、該速度制
   御手段は、速度差検出器の出力の大小を判定する判定手
   段と、該判定手段の判定結果に基いて、制御特性を変化
   させる切換手段とを有することを特徴とする磁気ディス
   ク駆動装置。
2. 【請求項２】 磁気ヘッドを磁気ディスクのトラックへ
   位置決めるアクチュエータと、前記磁気ヘッドを磁気デ
   ィスク上の任意のトラックへ移動させかつ位置決めする
   アクチュエータ制御装置とを有するモータ回転制御装置
   において、モータの回転速度を検出する検出手段と、あ
   らかじめ定めた回転速度と検出された回転速度の差を出
   力する速度差検出器と、該速度差検出器の出力に従がっ
   て回転速度制御する速度制御手段とを備え、該速度制御
   手段は、前記アクチュエータ制御装置への移動指令に基
   づいて、制御特性を変化させる切換手段とを有すること
   を特徴とする磁気ディスク駆動装置。
3. 【請求項３】 前記アクチュエータ制御装置は、移動指
   令に基づいた動作の完了が移動の整定完了判定手段の出
   力と回転制御装置の速度差検出器の出力により回転速度
   の良否を判定する判定手段の出力により判定することを
   特徴とする請求項２記載の磁気ディスク駆動装置。
4. 【請求項４】 磁気ヘッドを磁気ディスクのトラックへ
   位置決めるアクチュエータと、前記磁気ヘッドを磁気デ
   ィスク上の任意のトラックへ移動させかつ位置決めする
   アクチュエータ制御装置とを有するモータ回転制御装置
   において、モータの回転速度を検出する検出手段と、あ
   らかじめ定めた回転速度と検出された回転速度の差を出
   力する速度差検出器と、該速度差検出器の出力に従がっ
   て回転速度制御する速度制御手段とを備え、該速度制御
   手段は、前記アクチュエータ制御装置への移動指令に基
   いて、制御特性を変化させることを特徴とする回転速度
   変動抑圧方法。