JPS62260575A - 直流モ−タ速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、電気モータ速度制御に関し、さらに具体的に
は、連続したモータ巻ＩＬ４流を用いて所期のモータ速
度を維持するための方法に関するものである。

Ｂ、従来技術 装置のなかには、データ・ディスク駆動機構のスピンド
ルなどのように、適正な動作のため連続的かつ正確な速
度制御を必要とするものがある。

ディスクの表面から読み取られたり、表面に書き込まれ
たりする微小磁気信号を妨害する電気的雑音を発生する
ことなく、このことを実現しなければならない、この結
果は、検出された必要電力に応じて巻線電流をオンおよ
びオフするのではなく、モータ巻線電流を電流レベル間
で変化させる駆動機構により実現することができる。最
も効率的なものにするには、電流レベル間の変動を最小
にしなければならない。このことは＠繁な速度検出と電
流調節を必要とし、一般には１秒間に数千回を必要とす
る。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 この正確な制御は、製造時における部品のばらつきおよ
び組合せ、動作中の温度変化、そして装置の使用期間中
に生じる疲労または摩耗により。

装置内に変動が生じて失敗する可能性がある。

Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明の制御方法では、直流モータは、高電流値と低電
流値の間で変化する連続した電流の流れを巻線に有する
。低速度に応答して高電流が印加され、高速度に応答し
て低電流が印加されて、速度が頻繁に検出される。図示
説明する場合では、モータの回転速度は毎秒約３０００
回検出される。

検出された速度に応答して、モータ電流は選択された高
電流レベルと低電流レベルの間で変化し。

非常に正確に制御された定速度が得られる。

さらに、選択された数の連続する時限（ｔｉｍｅｐｅｒ
ｉｏｄ）について個々の高レベルおよび低レベルが使用
される間、時限の数についての記録が維持される。高時
限または低時限の数が閾値の割合を越えた場合は、電流
レベルが変更される。たとえば１時限の７０％またはそ
れ以上の間、高電流レベルが使用された場合、電流レベ
ルは所期の５０％デユーティサイクルに近づくように増
大される。

磁気ディスク駆動機構に関連して図示説明するように、
最初にほぼ適当な動作回転速度まで加速された後で、高
電流レベルおよび低電流レベルの印加を制御するため、
最初の動作モードにおける各回転の間と、第２の動作モ
ードにおける各セクタ時間の間に回転速度が検出される
。まず、回転速度が十分に調整されて、サーボ識別回路
と回転中のディスクとの同期がもたらされるまで、回転
モードが使用される。その後で、毎秒３０００回以上行
なわれる補正により一定速度を確保するため、速度は各
セクタ時間の間、すなわち、各回転中に５０回以上調整
される。システムがディスクにデータを書き込むこと、
またはディスクからデータを読み取ることが可能なのは
、この最終セクタ・モードの間である６回転モードでの
２０回転中に１つのレベルが７０％以上（１４４回転上
の間）使用される場合は、高電流レベルおよび低電流レ
ベルは、各電流レベルのほぼ５０％の使用を達成するた
め、それぞれ増分または減分される。

同様に、セクタ・モード中に、一つの電流レベルが１回
転における７０％以上のセクタ中で使用される場合は、
高電流レベルおよび低電流レベルは、各電流レベルの使
用に関して５０％デユーティサイクルに近づくように、
それぞれ増大または減少される。モータ負荷が大きく変
化しないこの場合では、１６個の電流レベルを識別する
ため４ビット信号が用いられ、高い値および低い値は１
つの値により分離されるので、たとえば、１６進値９に
より示される高電流値と１６進値７により示される低電
流値を使用することができる。連続した２０回の回転時
間の内の１４回以上の間低電流値が使用された場合は、
電流値は１６進数８または１６進数６で示される値に変
更される。同様に、２０回の連続回転時間の内の１４回
以上の同高電流値が使用された場合は、電流値は１６進
数８および１６進数゛Ａ＋７で示される値に変更される
。

電流レベルを適応制御することにより、速度が起動時の
初期動作条件から制御されるだけでなく、温度などの条
件が安定したときにも制御は連続的に維持される。さら
に、装置間のばらつきは許容することができ、製品が疲
労または摩耗したとき、エネルギー負荷に影響をおよぼ
す物理的変化に適応することが度能である。

Ｅ、実施例 本発明を固定磁気ディスク駆動機構（第２図）の場合で
図示説明するが、この場合においては高密度のデータ記
憶のために、磁気ディスクの回転速度を含む多数の機械
的および電気的機能の正確な制御が必要である。スピン
ドル駆動モータ１４によるディスク６の回転、アドレス
された同心データ・トラック上でトランスデユーサ・ヘ
ッド２５の１つを位置決めするためのアクチュエータ・
キャリジ２３の運動、媒体表面からのデータの読取りお
よび媒体表面へのデータの書込みを含む装置の種々の機
能が、マイクロプロセッサにより制御される。

マイクロプロセッサは、１６個の電流値を用いてディス
ク駆動機構のスピンドル駆動モータを制御する。これら
の値はほぼゼロから５アンペアまでの範囲に渡り、説明
する装置では、０．０５アンペアの最低値、すなわち最
初の値から、５．３アンペアの最大値、すなわち１６番
目の値まで０゜３５アンペアきざみで変化する。第１図
かられかるように、モータ電流は、データ線４ないしデ
ータ線７において示されるそれぞれの１６進値にしたが
って前値駆動モジュールから供給される。データ４は最
上位ビット、データ７は最下位ビットである。４ビツト
すべてが高レベルのときは最大電流が供給され、４ピツ
、トすべてが低レベルのときは最小電流がモータにもた
らされる。

スピンドルの回転速度を決定するため２つの方法が使用
される。一方のモードでは、マイクロプロセッサ４１は
、各ディスク回転中に線４２上のホール１センサから信
号を受は取る。他方のモードでは、シリアル・データ線
４５を介してディスクから受は取られたシリアル・デー
タからセクタ情報が得られる。セクタ情報は常に同期さ
れる。

セクタ情報をシリアル・データから得られるように、サ
ーボＩＤモジュール４４を常にこのシリアル・データに
同期しなければならない。データ線、すなわちデータ線
４ないしデータ線７は８ビツト・バスの半分であり、マ
イクロプロセッサ４１により設定された１６進値を伝え
る。データ線４ないしデータ線７上のビットの組合せに
よる値はスピンドル前置駆動モジュール４８により復号
されて、１６個の電流値の選択された１つを供給する。

前置駆動モジュール４８は選択された駆動機構を起動し
て、電流値をモータ位相線、すなわち位相Ａないし位相
Ｃに供給する。起動シーケンス中、マイクロプロセッサ
は、モータ巻線中の電流を制限しなからモータを急速に
加速する電流値を送る。

回転モード中と、駆動動作中に使用される後続のセクタ
・モード中に速度制御を行なうため、ｉａ流は検出され
た回転速度に基いて、２つの選択された値の高い方の値
か、または低い方の値のいずれかで連続的にモータに流
れる。サーボよりモジュール４４は、制御された回転速
度にスピンドル速度が近づくときデータと同期した後、
ディスクから受は取られたシリアル・データを複写して
各セクタの通過のための時間を決定し、回転速度が低い
場合はダウン・レベル信号を出力し１回転速度が設定さ
れた動作速度以上の場合はアップ・レベル信号または正
の信号を出力する。インターフェース・モジュール４６
はデータ線４ないしデータ線７を介してモータ電流１６
進値を送り、データ線４ないしデータ線７がいっ有効な
電流データを伝えるかを示すため、スピンドル・ラッチ
信号を線４７上に発生する。スピンドル前置駆動モジュ
ール４８は、データ線４ないしデータ線７により伝えら
れる値を復号し、位相信号をセンサ、すなわち、ホール
１、ホール２、およびホール３上の信号の関数として調
整する。ドライバ即ち駆動回路５０は位相線を活動化し
て、モータ５１の巻線に電流を供給する。

一モータ禁止線はモータ・ドライバを、オフにするため
使用され、この線または−ＦＯＲ（ｆｆｉ源オジオンセ
ット）線が低レベルのときは常に、他の出力に無関係に
位相線Ａないし位相線Ｃがオンとなり、かつ゛モータ・
ドライバはいずれもオンにならない。スピンドル・ラッ
チを使用して、４つのデータ・ビットを前置駆動モジュ
ールにラッチする。この線が高レベルのときは、データ
線上のどのような変化もモータ電流を変化させる。デー
タをモジュールに確実にラッチするには、＋スピンドル
・う多チが所定の時間よりも長い時間に渡って高レベル
でなければならず、この所定の時間は、この期間中安定
なデータ・ビットの場合１゜Ｏ＋１秒である。データは
また、＋スピンドル・ラッチが低レベルになった後で、
たとえば５００＋１秒といった期間保持されねばならな
い。＋スピンドル・ラッチが５００＋１秒の間低レベル
になった後は、データ４ないしデータフの線上の変化は
モータ電流に影響をおよぼさない。十ホール１、十ホー
ル２および十ホール３の線は、前置駆動モジュールで終
端しており、モータを整流し、ホール・エラーを検査す
るため使用される。＋ホ−ル１は、またマイクロプロセ
ッサに送られ、スピンドル速度の決定を可能にする。ホ
ール信号の違法な組合せが生じたとき、十ホール・エラ
ーがス・ピンドル前置駆動モジュールにより発生される
十ホール・エラーは、エラーが生じる際に高レベルにな
るだけである。たとえば、モータが３３２ラジアン１秒
で回転したとき１つのホール・センサの出力トランジス
タが切れた場合、１ミリ秒の間に１回転について３回エ
ラーが登録され、これらの場合はモータ電流は流れない
、モータ駆動トランジスタの３つの出力、すなわち、位
相Ａ、位相Ｂおよび位相Ｃはモータ位相巻線を供給し、
モータへの、またはモータからの供給または低減の電流
、または浮動の電流となる。

第２図は磁気ディスク駆動機構の垂直断面図であり、一
般的な駆動機構の主要な構成要素を示す、ディスク６（
その内４枚を示す）はスペーサ７により分離され、弾性
ベル部材９．剛性リング１０および収縮リング１１を備
えた、クランプ組立体によりハブ８に保持される。ディ
スク組立体はスピンドル軸１２の上部に装着され、一方
、スピンドル駆動モータのロータ１３はスピンドル軸の
下端に固定される。直流モータ１４は、スピンドル軸を
ベース鋳造組立体を介して装着するベアリング１６の内
側レースと共に、ディスク組立体、スピンドル軸１２お
よびロータ１３が回転するとき。

データ・ディスク６を回転させる直接′ｙｊＡ動をもた
らす、ベース鋳造組立体はベース鋳造体１８およびベア
リング・タワー１９を備えている。

アクチュータ組立体２ｏは、キャリジ２３、サスペンシ
ョン２４、およびベース鋳造組立体１８とカバー２６に
よって画定されたヘッド−ディスク格納装置内へ延びる
トランスデユーサ・ヘッド２５によって、ベース鋳造体
１８に固定されて、ヘッド２５のトランスジューサ部分
がディスク・データ表面にアクセスすることを可能にす
る。アクチュエータ・キャリジ２３は、各横断面におけ
るアクチュエータ・ハウジングに固定された円筒状通路
に沿って直線運動するように装着される。

３対のローラがキャリジ２３を通路２７上に支持する。

２対のローラ（図示せず）がキャリジの離隔端で通路２
７と係合する。ローラ対２８は長手方向で他の２対の中
間にあり、キャリジ２３の近い側で通路（図示せず）と
係合する。ローラ２８の一方は協働通路に対してスプリ
ングによって偏倚されて、機械系におけるあらゆるたる
みを除去する。キャリジは、ボビン２９に巻かれて作用
空隙３０に配置されたボイス・コイルにより駆動される
。キャリジ２３は往復運動を行なって、トランスデユー
サ・ヘッド２５の読み書きギャップをディスク６の関連
表面の半径に沿ってトラックからトラックに移動する。

ディスク表面においてデータを読み書きするトランスデ
ユーサはキャリジ２３上のアーム・エレクトロニクス・
モジュール３２に電気的に接続され、そこから、平坦な
可撓性部材３３の表面に沿って延びる導線によりディス
ク格納装置の外部の電気回路（図示せず）に電気的に接
続される。

スピンドル駆動モータ１４はディスク格納装置の外側に
配置され、スピンドル軸１２に取り付けられた永久磁石
ロータ１３と周囲のステータを備え、ステータはベース
鋳造体１８にボルト締めされて固定されているコア３４
および巻線３５を備える。関連するトランスデユーサ・
ヘッド２５の変換ギャップを通過するディスク表面上の
同心トラックの通路に関して一定の条件が存在すること
を保証するため、モータ速度が正確に制御されることが
絶対必要である。

第３図に示すように、スピンドル・モータ駆動機構の制
御には３つの段階またはモードがある。

最初、起動シーケンス中にスピンドルは動作回転速度ま
で急速に加速される。連続した３回転の間に動作回転速
度に達したとき、制御権は回転モード・シーケンスに渡
され１回転モード・シーケンスは、４００回転越える連
続した回転の間、ディスク表面から読み取られるシリア
ル・データとＩ殴モジュール回路が同期するまで、スピ
ンドル・モータ駆動電流を制御する。サーボＩＤモジュ
ール回路４０回転以上の間同期しているとき、制御権は
セクタ・モードに置かれる。セクタ・モードでは、モー
タ速度が各セクタ時間中に検出され、高モータ速度が検
出されたか、または低モータ速度が検出されたかに応じ
て１次に続くセクタ時間中に２つの電流値の内の高い方
の値かまたは低い方の値が印加される。１トラツクまた
は、１回転当り７０個のセクタの場合は、回転モードに
おけるよりも正確に制御される。回転モードでは、速度
がホール１から検出され、前の回転中に検出された速度
に基いて、補正が１回転ごとに１回行なわれる。

スピンドル駆動モータは、起動シーケンスを用いて、マ
イクロプロセッサ４１の制御下で起動され、過大な電力
を使用することなく、トランスデユーサ・ヘッドがヘッ
ドまたはディスクのいずれか一方の最小限の摩耗で急速
に浮動するように。

大きな初期加速を生じる。モータに流れる電流が一定値
に保たれる場合は、モータにもたらされる平均電源電流
は速度と共に増大する。まず、ヘッドがディスクの上方
で安定して浮動するまで、モータ電流はデータ線４ない
し７上の４ビツト・コマンドを用いて、利用できる１６
個の値の最高値に設定される０本明細書で説明するファ
イルの場合、この速度は毎秒約８０ラジアンである。平
均供給電流はこの速度では大きくなりすぎてはおらず、
かつ安全率が望まれるので、ディスク速度が毎秒約１２
０ラジアンになるまで、モータ電流は減少されない１次
に、モータ電流は１単位（約０゜３５アンペア）だけ減
少される。モータ電流が１単位だけ減少するので、平均
供給電流はただちに低下し、モータが速度を検出し続け
る間、除々に傾斜状に再上昇する。マイクロプロセッサ
はホール１を用いてモータの速度を決定する。所定の速
度において、モータ電流は再び１単位だけ減少される。

モータを加速するにしたがいモータ電流を減少させるこ
の過程が、所期の速度に到達するまで継続する。

連続した３回転の間に所期の速度を得た場合。

マイクロプロセッサは２つのモードの速度制御をもたら
す、最初のモードは回転制御であり、このモードでは、
速度が各回転中に測定され、必要なときは、後続の回転
中に２つの電流値の間で変更され、電流値は、所定の回
転数の回転後にデユーティサイクルに基いて適応するよ
うに変更される。

１回転ごとに一度供給される電流を制御するこのモード
は、サーボＩＤモジュール回路を、各セクタ中に一度現
われるサーボ・データと同期させることが可能になるま
で、継続される１本明細書記載の例では、デユーティサ
イクルは２０回転後に検査され、現在の電流値を使用し
ているデユーティサイクルが３０％を下回るか、または
７０％を越えた場合に、電流値が変更される６回転モー
ドは、１回転ごとに一度生じるホール１センサ信号を使
用し、このセンサ信号は、スピンドル前置駆動モジュー
ル４８の他にマイクロプロセッサ４１およびインターフ
ェース・モジュール４６に伝えられる。速度制御の第２
のモードは、サーボ回路がトラック上の連続する各セク
タにおけるサーボ・データと同期したとき開始され、デ
ータの読み書きの間最も正確な制御を達成するため、駆
動動作中使用される。このモードでは、速度が各セクタ
の通過時間中に測定され（ここで説明している場合では
毎回転当り７４回）、電流値が各回転後にデユーティサ
イクルに基いて適応制御される。セクタ・モード中、サ
ーボ識別モジュール（Ｓ　Ｉ　Ｄ）はセクタと、１つの
セクタが通過する時間を検出する。セクタが通過する時
間が所定の値に等しいか、またはそれよりも小さい場合
は、正の値が線上に伝えられ、時間が所定の値を越える
場合は。

−モータ・スロー信号が線上に現われる。

第４図は回転モード中のマイクロプロセッサ速度制御を
示す、最初に、回転数を記録するカウンタ（ＮＵＭＲＥ
Ｖ）と、その間高電流が印加される回転の数を記録する
カウンタ（ＮＵＭＨＩＧＨ）がゼロにセットされる。シ
ステムは１回転待ち、１回転のための時間を決定する。

１回転のための時間が、速度が適正な回転速度に等しい
かそれを越えていることを示す場合は、マイクロプロセ
ッサは、２つの電流値の低い方の値、すなわち、最小値
（ＭＩＮＣＵＲ）を表わすビット値をデータ線４ないし
データ線７上に出力し、もっと大きな回転時間値が検出
され、所期の回転速度よりも遅い速度を示す場合は、マ
イクロプロセッサは、２つの電流値の大きい方の値、す
なわち、最大値（Ｍ　Ａ　Ｘ　ＣＵ　Ｒ）が使用されて
いることを表わすビット値をデータ１ｉＡ４ないしデー
タ線７上に出力し、その間高電流値が使用されている回
転の数を記録するカウンタ（ＮＵＭＨＩＧＨ）を増分す
る。

各回転後に、ＮＵＭＲＥＶカウンタは増分され、増分さ
れたカウントが、印加された高電流（ＭＡＸＣＵＲ）お
よび低電流（ＭＩＮＣＵＲ）の値の適応制御に関連する
所定の回転数（ＲＥＶＣＮＴ）と比較される。

ＮＵＭＲＶがＲＥＶＣＮＴよりも小さい場合は、１回転
待って、必要に応じて電流を調節するため。

速度制御が再循環させられる。ＮＵＭＲＥＶがＲＥ　Ｖ
　ＣＮ　Ｔ　ニ等しいときは、ＭＡＸＣＵＲおよびＭ　
Ｉ　Ｎ　ＣＵ　Ｒ値が変更されるべきかどうかを判定す
るため、適応制御サイクルが呼び出される。ここで説明
している例では、好ましいデユーティサイクルは５０％
である。しかし、３０％と７０％の間のデユーティサイ
クルでは、調節は行なわれない、高電流回転の数が７０
％よりも多いか、または３０％よりも少ない場合は、電
流値（ＭＡＸＣＵＲおよびＭ　Ｉ　Ｎ　ＣＵ　Ｒ）が変
更される。この例では２ｏ回転を使用しているが、ＮＵ
ＭＨＩＧＨが１４よりも大きいか、または６よりも小さ
い場合は、電流値は変更される。ＮＵＭＲＥＶがＲＥ　
Ｖ　ＣＵ　Ｔ　Ｌ、ニー等しいときは、ＮＵＭＨＩＧＨ
が最小の回転数（ＭＩＮＲＥＶ）と比較される。ＭＩＮ
ＲＥＶが６よりも小さくて、３０％よりも小さいデユー
ティサイクルを示し、最小電流が１６個の選択可能な値
のうちの最低値（ＭＩＮＶＡＬ）でな、い場合は、ＭＩ
ＮＣＵＲとＭＡＸＣＵＲは共に１６個の選択可能値内で
１つの値だけ減分される。ＮＵＭＨＩＧＨが７０％デユ
ーティサイクル（２００回転内の１４＠転）よりも大き
く、ＭＡＸＣＵＲが１６個の選択可能値の最高の電流値
（ＭＡＸＶＡＬ）　でない場合は、ＭＩＮＣＵＲとＭＡ
ＸＣＵＲは共に１６個の選択可能値内で１つの値だけ増
分される。デユーティサイクルが３０％と７ｏ％の間の
場合は、ＭＩＮＶＡＬが７０％を越えるデユーティサイ
クルと共に使用されているか、またはＭＡＸＶＡＬが３
０％よりも小さいデユーティサイクルと共に使用されて
おり電流値の調節はなされない。その後でＮＵＭＲＥＶ
およびＮＵＭＨＩＧＨカウンタがゼロにリセットされて
、動作サイクルが繰り返される。

速度が一定の値に十分制御されて、サーボ識別モジュー
ル４４（ＳＩＤ）の回路が１回転するディスクから受は
取られたデータと同期できるようになるまで、第４図に
示される回転モードの動作は継続する。この同期が行な
われたときは、速度制御は最初の回転モードからセクタ
・モードに移行する。セクタ・モードでの動作は回転モ
ードと同じである。しかし、トラック上に７４個のセク
タがあり、電流補正が１回転当り７４回行なわれ。

高電流値および低電流値が、２０回転後ではなく、各回
転ごとに必要に応じて調節されるので、はるかに正確な
速度制御が維持される。

セクタ・モードは回転モードとまったく同じ態様で動作
するが、連続した２００回転はなく、１回転中に７４個
のセクタをカウントする。ディスクが１トラック当り７
４個のセクタを有するセクタ・モードにある場合、カウ
ント（ＲＥＶＣＮＴ）が７４に等しくなるまでセクタ数
がカウントされ、待機期間は１回転ではなく、１セクタ
の持続期間である。その間高電流が印加されるセクタの
数（ＮＵＭＨＩＧＨ）が３０パーセント（２２個以下の
セクタ）よりも小さく、かつシステムが最小電流（ＭＩ
ＮＶＡＬ）で動作していない場合は、電流値はそれぞれ
減分される。その間高電流が印加されるセクタの数（Ｎ
ＵＭＨＩＧＨ）が７０パーセント（５２個以上のセクタ
）よりも大きく、かつ最大電流（ＭＡＸＣＵＲ）が高電
流値として使用されていない場合は、両方の電流値が増
分される。

Ｆ６発明の効果 本発明により、各回転ごとに１回ではなく、１回転当り
７４回高電流値と低電流値の間で変更することにより、
速度制御が行なわれ、電流値は２構の動作中、実際の読
取り機能および書込み機能が行なわれるとき、ディスク
の回転速度は非常に正確に制御される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組み込んだスピンドル・モータ駆動機
構のブロック・ダイヤグラム、第２図は、格納装置内の
アクチュエータおよびディスク組立体とスピンドル・モ
ータを備えた一般的なディスク駆動機構の断面図、第３
図は、スピンドル・モータ速度制御の３つのモードを示
す単純化された流れ図、第４図は回転モードの速度制御
とそれに関連する適応制御の流れ図である。 １４・・・・スピンドル駆動モータ、２０・・・・アク
チュエータ組立体、２５・・・・トランスジューサ・ヘ
ッド、３２・・・・エレクトロニクス・モジュール、４
１・・・・マイクロプロセッサ、４４・・・・サーボＩ
Ｄモジュール、４８・・・・スピンドル前置駆動モジュ
ール、５０・・・・駆動回路、５１・・・・モータ。 才　１　回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 大きな第１電流値と小さな第２電流値との間でモータ巻
   線の電流を変化させてモータの回転速度を制御する直流
   モータ速度制御装置であって、速度検出手段と、 検出速度が第１閾値以下のときに前記第１電流値の電流
   を前記巻線に供給し、検出速度が第２閾値以上のときに
   前記第２電流値の電流を前記巻線に供給する手段と、 小さな電流を供給する回数の割合が第３閾値以上のとき
   に前記第１及び第２電流値の少なくとも一方を小さな値
   に低減し、前記回数の割合が第４閾値以下のときに前記
   第１及び第２電流値の少なくとも一方を大きな値に増加
   する電流値変更手段と、 を備えた前記装置。