JPS6369489A - ブラシレス直流モ−タおよび該モ−タの制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は直流モータ、特にウィンヂエスタードライブと
１ノで既知の技術に用いられているようなヘッドの如き
読取／書込素チの近くに通過させてハードディスクシス
テムのディスクの如き磁気媒体を動かずのに用いられる
多相ブラシレス直流モータの制御に関するものである。

［従来の技術］ 本発明が関係する多相ブラシレス直流モータを含む慣例
の直流千−夕は、高効率で、しかも多数の用途に好適な
特性を有していることは周知である。特に、効率の高い
ブラシレスモータは、レーザプリンタ用のミラーを回転
させたり、磁気テープを読取／書込ヘッドの近くを通り
越して動かしたり、またはハードディスクシステムのデ
ィスク面を読取／書込ヘッドの近くを通過して回転させ
るような装置に対する可動力源として好適である。

多相ブラシレス直流モータでは、そのモータの電機子巻
線に順番に電流を供給して回転子を動かすためのトルク
諺導磁束を発生させる必要がある。磁束の向きを同期的
に変える種々の電流通路を作るために各界磁巻線への直
流電流は交互に切換える。千−夕にそのように発生ずる
磁束は、回転運動を引き起すト・ルクとなる。最も好都
合な時点にトルクを発生させるために、電流を適切なモ
ータ位相に供給する（すなわち、回転子の巻線を通る最
も適切な電流通路を選択する）には、回転子の位置情報
を提供する種々の検知デバイスが用いられる。

断種のデバイスの１つにホー・ル効果デバイスまたは「
ホールスイッチ」があるが、光学式の他のデバイスを用
いることもできる。

［発明が解決しようとする問題点］ これらの検知デバイスを用いる場合の問題の１つは、こ
ｉｌらのデバイスが、これらと−緒に用いる装置よりも
故障しがちであり、これにより検知デバイスを組込む製
雪全体の信頼度に著しく悪影響を及ぼしているというこ
とにある。さらに、これらの検知デバイスをモータ構造
そのものに組込むことは、モータの寸法、コスト、複雑
性および電力消費の増加をまねき、このようなことは通
常は不所望なことである。

これがため、モータ構造そのものに特別な装置を組込ま
なくても多相直流モータの回転子の回転位置に関する情
報を帰還させる何らかの他の方法を見出せは、モータ設
計を著しく改善し得ることは明らかである。

従って、本発明の目的は、モータの構造そのものに内蔵
させる検知デバイスを用いないで回転子の回転位置に閏
する帰還情報を発生させる方法およびその方法を取り入
れた装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、モータ構造の寸法、複雑性および
コストを低減し、これまで達成されていたよりも低い電
力で作動する、信頼度が高く、しかも度価な帰ｉマ機構
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 状態からある程度の回転速度までの）期間中に回転子の
位置情報を発生させる２つの技術と、ディスクに書込ま
れた情報から位置情報を引出すことによってハードディ
スクシステムのディスクの所望回転速度を維持するのに
用いることのできる第３の技術とを提供するものである
。

本発明の好適例では、多相ブラシレス直流モータをハー
ドディスクシステムに適用する環境の下で制御する。モ
ータはハードディスクを駆動し、上記３つの技術はいず
れも実際には３つの作動領域を作り出すのに用いる。第
１作動領域には、回転子を静止位置から第１予定回転速
度（ＲＰＭ）にまで回転させる第１方法の技術を利用す
る。第２の方法の技術は回転子の回転速度を第１の予定
ＰＰＭから所”ＪＲＰＭにまで高めるのに用いる。その
後、第３の技術を用いて干−タにより回転される媒体に
おける情報を用いて必要な帰１９情報を供給せしめる。

本発明の好適例によりば、ハードディスクシステムのハ
ードディスク（１放置りのこともある）を駆動させるの
に用いる３相ブラシレス直流モータへの給電をマイクロ
プロセッサにより作動させらＪする駆動回路により行う
。モータに流れる電流はマイ・クロプロセッザにより監
視する。ＯＲＰＭから第１回転速度までのモータの第１
作動領域の期間中には、各モータ相に対する短い電流パ
ルスを形成する高周波転流をモータに適用し、かつ各パ
ルスに応答する干−少電流を監視する。かかる高周波転
流に応答して、モータ電流のパルス数は各位相毎に一致
するよ）になる。これらのモータ電流パルスの内の１つ
のパルスの振幅が残りのパルスの振幅よりも大きくなり
、Ｌ、かもこの高い振幅値の電流を発生する干−タ相が
回転子の位Ｊを示すということを発見した。従って、マ
イクロプロセッサはいずわの１一タ位相が最高振幅のモ
ータ電流を発生１ノたかを決定し、この情報からマイク
ロプロセッサは駆動回路を作動さ１１て、（上述したよ
うに１）”〔決められる）位相に供給される持続トルク
発生電流をある一定時間の間供給せしめ、ついで他の高
周波転流によって、再び他の持続トルク発生電流をモー
タに供給し、このような処置を第１予定速度が達成され
るまで継続させる。

上述したような第１の技術は、千−夕を全速度にまでも
たらすのに用いることもできるが、それには第２技術を
用いるのが一層有効であることを確かめた。

マイクロプロセッサはかかる第１予定速度が到達された
ことを確かめると、モータ制御を第２技術に切換える。

この時点におけるマイクロプロセッサは、さしあたり回
転子の回転位置と、つぎにどの程度の少ないモータ相に
電流を供給すべきかについての情報を有している。

モータ電流（この際これはモータによって発生される逆
起電力を表わす）の監視は継続させ、かつこのモータ電
流をトルク発生電流がモータの各位相に供給される際に
予定限定値と比較する。４・ルク発生電流が供給される
モータ位相に対応する安定位置に回転子が近付くと、逆
起電力は実質士低減し、千−夕電流を増大さゼる。従っ
て、監視電流が予定限界値以上になると、トルク発生電
流の供給は、現在の（−タ位相からつぎに続くモータ位
相へと切換オ、られ、その処置は全速度が達成されるま
で継続させる。全速度に達した時点に監視作用は切換わ
って、ディスク構造の組立工程中にディスク媒体に設番
」られ、かつモータ速度を所望値に制御すると共に、そ
の値に維持する帰還情報を供給するのに用いられる予定
間隔のセクタマークを読取る。

［作　用］ 本発明によれば、多数の利点が得ら」することは明らか
である。モータ構造そのものから検知デバイスを取除き
、これによりモータの寸法、コスト等が低減されること
以外に、本発明は変動特性を呈する独々の直流モータに
適合さゼることができる。これにより、製造規格の範囲
を以前よりもずフと広げることができるために、製造コ
ストがさらに低減するという利点がある。

［実施例１ 以下図面を参照して本発明を実施例につき説明する。

本発明は、第１図にＭで示すような多相ブラシレス直流
モータを作動させるのに用いる。ここでは、ノード１．
２．３の内の１つの）・−ドに第１電圧を供給し、ノー
ド１，２．３の内の他の１つのノードを第２電圧（通常
大地電位）に接続し、かつ残りのノードには電圧をかけ
ないでモータＭの回転子（図示ゼず）のコイルＡ、Ｂ、
Ｃに電流を流す。

従って、例えば正電圧をノード３に供給し、ノード２を
接地すると、電流はモータＭの１つの「位相」でノード
３からコイルＣおよびＢを経てノード２へと流わる。同
様に、正電圧をノード１に供給し、ノード３を接地し、
ノード２には電圧をかけなくする場合でもモータＭには
電流が供給される。

本発明について、ここで説明するような３相直流モータ
には、モータＭの回転子（図示せず）を安定な位置に位
置付けることのできる６つの有効な位相（すなわち、コ
イルＡ、ＢおよびＣを通る６つの電流通路）がある。こ
のような各位相に対しては、２つの安定な回転子位置が
ある。

モータＭそのものの構成には特異性はなく、このモータ
Ｍはつぎ０１つを除いて、Ｍ例で、しかも周知の技術お
よび材料により構成する。すなわち、この場合のモータ
Ｍには、回転子の回転位置に開する帰還情報を提供する
ホールスイッチ等の如き検知デバイスはない。むしろ、
そのような帰還情報は、次に説明する本発明による方法
によって供給せしめる。

第１図に示すように、マイクロプロセッサＩＯをアドレ
スバス１６およびデータバス１８によって読取専用メモ
リ（ＲＯＷ）１２およびレジスタファイル１４に結合さ
せる。マイクロプロセッサｌＯは来由モトローラ社製の
製品番号ＭＣ６８）１（：１１のものとする。このマイ
クロプロセッサｌＯの解説は「モトローラ　テクニカル
　データ　ハンドブック　ＭＣ６８１（Ｃ１ＩＡ８Ｊ（
１９乃年度版　モトローラ社発行）にて見ることができ
る。本発明に関する限り、かかるマイクロプロセッサの
興味ある特徴は、それが内蔵アナログ−ディジタル（Ａ
／Ｄ）変換器を具えているということであり、この変換
器の使用については後に説明する。

ここに関する限り、レジスタ１４は、主として制御信号
形態でスピン−モータドライバ２４に供給する制御情報
を保持するためのレジスタから成り、上記制御信号は、
６木の信号ライン２６でスピン−モータドライバ２４に
伝達する。スピン−（−タドライバ２４は制御信号に応
答して、上に一簡単に述べたように、モータＭのノード
１，２．３の種々の対（第３ノードは高インピーダンス
に接続したままとする）への正電圧および大地電位の供
給を切換えるべく作動する。正電圧および大地電位が」
−記ノード対に供給されている時間中にモータＭに流れ
る電流は、検知抵抗ＲＳ間にスピン検知（ＳＰＩＮＳＮ
Ｓ）信号を形成する電圧を発生する。このＳＰＩＮＳＮ
Ｓ信号がモータＭの回転子（図示せず）の回転位置を示
す情報を含むことは明らかである。従って、５ＰＩＮ　
ＳＮＳ信号をマイクロプロセッサｌＯのＡ／Ｄ２０に供
給し、これによりマイクロプロセッサｌＯにより利用す
るディジタル情報を発生させて、信号ライン２６を経て
スピン−モータドライバ２４に供給する制御信号により
モータの運転を制御する。

第１図にも示すように、レジスタファイル１４は８ビツ
トバス３２を介して変換回路３０に接続する。

ついで、この変換回路３０を読取／書込（Ｒ／Ｗ）回路
３６を介して読取／書込ヘッド３４に接続する。レジス
タファイル１４にはマイクロプロセッサ１０と変換回路
３８とのデータ通信を緩和させるために追加のレジスタ
（図示せず）を内蔵させる。

上述したように、本発明は、ウィンチェスタ技術（この
技術ではヘッドを磁気媒体とは接触させず、むしろヘッ
ドは、これらのヘッドを媒体から分離させる空気のクッ
ション上に「浮かす」ようにする）を用いるハードディ
スクドライブと一緒に用いる。本発明はディスク媒体を
回転させるのに用いるモータの制御に関するだけである
ため、本発明と密接な関係にあるハードディスク系のモ
そこで、第２図に転するに、ここにはスピン−モータド
ライバ２４の構成を一層詳細に示しである。このスピン
−モータドライバ２４は２つの主要部、すなわちモータ
Ｍのノード１，２．３の種々のノード対間に°Ｃ正電圧
（＋１２Ｖ）と大地電位の切換えを行う制御信号５ＰＩ
Ｎ　Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｘ、Ｙおよび２を受信するスイッチン
グ段４０と；パルス幅変調信号を（制御信号５ＰＩＮ　
Ａ・・・２に応答して）スイッチング段４０により選択
されるモータＭのいずれもの相（すなわち、ノード１．
２．３の対）に供給される電流の振幅制御のための電圧
に変換する電流制御段（リミット回路）４２とを具えて
いる。電流制御段４２は５ＰＩＮ　ＳＮＳ信号を発生す
る検知抵抗Ｒ５を含んでいる。

まずスイッチング段４０を参照するに、制御信号５ＰＩ
Ｎ　Ａ、ＢおよびＣはインバータ／バッファ増幅器４３
を介してＰＮＰ　ｌ−ランジスタＱｌ、Ｑ２およびＱ３
のベースリードに結合させ、これらの各トランジスタの
エミッタリードは正の直流供給電圧（＋　１２Ｖ　）＋
−＋ａ鈷ＩＭ＋、ノアノｆｆ１−）！−）ｊＭ７１ｊｌ
りりし高電流を処理する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ
）　Ｑ４　。

Ｑ５．Ｑ６とにそわぞれ接続する。

同様に、制御４３号５ＰＩＮ　Ｘ、ＹおよびＺはインバ
ータ／バッファ増幅器４３を介してＦＥＴ　Ｑ４．Ｑ５
およびＣ６のゲートに結合させる。　ＦＥＴ　Ｑ４．Ｑ
５．Ｑ６は受信した制御信号に応答して、大地電位をモ
ータのノード１．２．３の他方に（リミット回路４２の
ＦＥＴ　Ｑ９を介して）交互に切換える機能をする。

リミット回路４２に転するに、スピン制御信号（ＳＰＩ
Ｎ　ＣＴＬ）はＮＰＮ　トランジスタＱ７のベースにて
受イ３される。このトランジスタＱ７は、ＰＮＰ　トラ
ンジスタＱ８．抵抗Ｒ１５，Ｒ１６および旧７と、コン
デンサＣ８およびＣ９とから成る積分器に駆動電流を供
給する増幅器の一部を形成する。　５ＰＩＮ　ＣＴＬ信
号が受信されると゛、この信号が存在するか、または高
レベルにある期間中、リミットトランジスタＦＥＴ　Ｑ
９のゲートには正に向う電圧ランプが発生ずる。５ＰＩ
ＮＣＴＬ　（Ｘ号が低レベルに向うと、ＦＥＴ　Ｑ９の
ゲートに供給される電圧ランプの方向が逆となり、それ
は電圧ランプが立上ったのとほぼ同し速度で低減する。

スピン−モータドライバ２４は、制御信号５ＰＩＮ＾、
Ｂ、（：、Ｘ、ＹおよびＺに応答して作動する。ノード
１からノード３へとコイルＡおよびＣを経て電流を流し
である特定のトルク発生動作を話起させたい場合には、
制御信号５ＰＩＮ　Ａを低レベルとし、この信号を増幅
器４３を介してトランジスタＱｌのベースに供給し、こ
のトランジスタＱｌを導通させて、モータＭのノード１
に正の直流電圧（＋１２Ｖ）を供給する。これと同時に
、制御信号５ＰＩＮ　Ｚを増幅器４３を介して高レベル
とし、ＦＥＴ　Ｑ８を導通させて、モータＭのノード３
をリミットトランジスタＱ９および検知抵抗Ｒｓを介し
て大地電位Ｇに接続する。なお、この場合には制御４３
号５ＰＩＮ　ＢおよびＣは高レベルと゛し、しかもＸお
よびＹも高レベルのままとし、トランジスタＱ２．Ｑ３
およびＦＥＴ　Ｑ４．Ｑ５を非導通の高インピーダンス
状態のままどする。

モータＭに流れる電流通路をスイッチング段４０によつ
て選択する際には、コイルＡおよびＣを経てＦＥＴ　Ｑ
９に流れる電流（この電流は検知抵抗Ｒ３を通過して５
ＰＩＮ　ＳＮＳ信号を発生させる電流でもある）の量を
調整するために、５ＰＩＮ　ＣＴＬ信号を供給する。

第３図を参照するに、曲線５０は静止状態から全速運転
速度（３６００ＲＰＭ）までのモータ速度を一般的に示
したものである。第３図には３つの制御領域を示１ノで
あり、その各々には３つの異なる各制御技術を利用する
。領域Ａ１ではモータＭの速度を停止状態から全速度の
約２０％（すなわち、７２０ＲＰＭ）にまでもたらす。

領域Ａ２ではモータ速度を７２ＯＲＰＭから３６０ＯＲ
ＰＭの全速度にまでもたらす。領域Ａ３は本発明のメン
テナンスの面であり、この領域ではモータＭの回転速度
を３６０ＯＲＰＭに維持する。

第４図は高周波転流サイクルに対する５ＰＩＮ　ＳＮＳ
信号の応答を示したもので、これは持続時間の短い（２
００マイクロ秒（μＳ））電流パルスを６つのモータ位
相の各々に供給し、ついでこれら電流／４ルスＣ８，・
・・、Ｃｓの試験により決定されるモータ位相に電流を
持続的（４，８ミリ秒（ｍｓ）の間）に供給したもので
ある。

第６Ａ図〜第６Ｃ図の流れ図につき後に詳細に説明する
が、本発明は概略的にはつぎのようにする。

６つのモータ位相（ｐｏ〜ｐｓ）の各々は、それに供給
される短い電流パルスを有し、これらの各供給パルスの
ために５ＰＩＮ　ＳＮＳ信号には電流パルスｃｏ。

・・・、Ｃ５が含まれる（第４図）。応答電流パルスＣ
Ｏ９・・・、Ｃ５の内の１つのパルスの振幅は、他のパ
ルスの振幅よりも大きくなる。これらの電流パルスをマ
イクロブローセッサ１０により監視し、このマイクロプ
ロセッサ１０により各ＺｊＵパルスのピーク振幅値を求
め、かつこれらを互いに比較して、どれが大きな振幅値
を有しているかを決定する。これにより回転子の位相位
置を決定して、高周波転流に引続き適切なモータ位相に
トルク発生電流を供給する。第４図は高周波転流に対す
るレスポンス（すなわち、電流パルスＣｏ、・・・、Ｃ
６）から、回転子が位相３の位置にあると決定されるこ
とを示しており、従フて、次に生じるトルク発生電流は
位相５に供給される電流となる。

約７２ＯＲＰＭ　（３１ｉ００ＲＰＭの所望全速度の２
０％）の干−タ速度にて、本発明の第２の技術を利用し
て、稲々の千−夕位相へのトルク発生電流の供給時点を
同期さゼる。領域Ａ２での運転期間中にマイクロプロセ
ッサ１０は５ＰＩＮ　ＳＮＳ信号を監視し続け、最初は
この信号を以前のサンプル値と比較し、その後再調整値
と比較１ノで、モータの１つの位相から順次の次の相に
電流をいつの時点に切換λるかを決定する。第５図は、
（Ｒｇを流れる）千−少電流を時間に対して一般的に表
わしたものであり、これには静的モータ電流（Ｓ−Ｏ）
および種々の回転速度（Ｓ−５ｌ　、５−５２＞Ｓｌお
よび５−５３＞５２）における他のモータ電流も示しで
ある。モータが動いているときには、いずれかの特定の
千−夕位相に供給されるトルク発生電流に応答して検知
抵抗ｒＮ５間に発生ずる５ＰＩＮ　ＳＮＳ信号が３つの
主要部、すなわち第１立十り部分５４と、こねに続く比
較的安定な部分５６と、その後の第２立上り部分５８と
を有する。第２立上り部分５８がスピン−モータドライ
バ２４により供給される電流をモータＭの順次の次の位
オ目に切換える時点をマイクロプロセッサｌＯに伝える
ことは明らかである。

第１図。第２図および第４図と共に、第６Ａ図〜第６Ｃ
図を参照するに、本発明は次のようにしで干−タの運転
を開始させる。

ステップ１０１００（Δ図）では、マイクロプロセッサ
１００が適当な制御ワードを形成し、て、その制御ワー
ドをレジスタファイル１４に記憶させるために伝送する
。このレジスタファイル１４に記憶させた制御ワードは
制御信号を形成し、これらの制御イム号は７本の信号ラ
イン２６にてスピン−モータドライバ２４と通信して、
スイッチング段４０にモータＭの位相（現在は静止した
非回転状態にある）を選択ざぜ、また５ＰＩＮ　ＣＴＬ
侶号により電流レベルを選択さゼる。第５図に示した電
圧曲線（Ｓ−Ｏ）の電圧は検知抵抗Ｒｇ間に発生し、こ
の電圧をマイクロプロセッサ１０によってサンプルする
と共に、モータの電流値Ｃ８として内部レジスタ（図示
ゼず）に記憶させる。

次に、ステップ１０２ではマイクロプロセッサ１０の内
部カウンタ（図示せず）にカウンタ値（Ｎ）　　として
０をロードさせる。このカウンタ値（Ｎ）が供給すべき
電流のモータ位相を規定することは明らかである。

ステップ１０４，１０６．１０８および１１０はモータ
Ｍ（７）高周波転流に対してマイクロプロセッサｌｏに
より実行させるルーチンを形成し、この結果が第４図に
示した電流パルスＣ８，・・・、Ｃ５である。ステップ
１０４では、カウンタ値Ｎによって決まる位相に約２０
０μｓの期間電流を供給する。マイクロプロセッサ１０
によってビークモータ値に対する５ＰＩＮ　ＳＮＳ信号
を監視し、かつその特定位相に対するかかるピーク値を
記憶させる。ステップ１０８ではカウンタ値Ｎ、すなわ
ち位相を識別する値をインクリメント、させ、ステップ
１１０では全部で６つのモータ相に２００μｓの電流パ
ルスが供給されたか否かについての決定を下す。もしそ
うでない場合には、ステップ１０４　、１０６　、１０
８および１１０を繰返す。

モータＭの全部で６つの位相に２００μｓの電流パルス
が加えられたことを確かめたら、作業をステップ１１２
に進めて、マイクロプロセッサ１ｏにより測定５ＰＩＮ
　ＳＮＳ信号の内のどの信号が他のものよりも大きな振
幅値を呈するかを決める。この情報は、位相に関連する
２つの安定な位置の一方に回転子が位置していることを
示し、かかる情報でマイクロプロセッサ１０は持続（約
４．８＋＋＋ｓ）　トルク発生電流を供給するのに最適
なモータの位相を選択することができる。

第２因に示した例では、モータＭの６位相の高周波転流
によって電流パルスＣ６，・・・、Ｃ５を発生させ、マ
イクロプロセッサ１０により電流パルスＣ６゜・・・、
ＣＳの振幅比較から電流パルスｃ３か他のパルスよりも
振幅が大きいことを確かめ、モータＭの回転子（図示せ
ず）が位相３に対する２つの安定位置の一方にあること
を指示させる。従って、モ・−タ１−ルクを最大とする
には、当業者によく知られているように、千−夕の位相
５（すなわち、モータ位相を示すＫの値は５である）に
電流を供給する必要がある。

サイクル高周波転流電流パルスＣ８，・・・、Ｃ５の後
に、位相に（Ｋは、」二連したように、最大振幅電流パ
ルスにより決まる）に対する持続電流（４，８■Ｓ）が
続く、最初に、回転していないときから、回転子は回転
しておらず、従って、第４図に示すＪ：うに、最初の数
サイクルに対しては、まず、特定の位相に関連するひと
つの電流パルスＣにの振幅が大きいものとする（第４図
ではに−５として例示し７ている）。しかし、最終的に
は、モータＭの回転子（図示せず）は回転を開始して、
他の電流パルスの振幅が順次にそれぞれ対応する電流パ
ルスよりも大きくなる。しかし、サイクル５２の低速度
グループにおいて、他よりも振幅の大きい電流パルスは
同一である。しかし、短時間のうちに、その位相に関連
する位置からその位相に関連する次の位置までの回転速
度がサイクル５２０周期（すなわち、約６ｍ５）に等し
くなりはじめるようになる。

この領域Ａｌ（第３図）の動作の間、マイクロプロセッ
サｌＯは、電流パルスの周期と周期との間の変化よりモ
ータ速度を追跡することができる。

従−）で、マイクロプロセッサｌＯはステップ１１６に
おいて（４，８ｍｓの期間にわたってトルク発生電流を
先に定めらねた位相にに供給する）、モータ速度のチェ
ックを実行する。モータ速度があらかじめ定めた回転速
度（ここでは７２０ＲＰＭ）より低いときには、マイク
ロプロセッサｌＯは、４．８ｍｓ　ｌＪ１間の終了を待
って、位相Ｋに対するモータ電流を終了させ、そしてス
テップ１０２に戻って、高速度転流の次のサイクル５２
を実行し、ついでトルク発生電流を発生させる（すなわ
ち、ステップ１０２〜１１６）。

他方、ステップ１１６において、モータ速度が第１のあ
らかじめ定めた速度に到達した（あるいはその速度を越
えた）ならば、第１の動作領域Ａｌ（第３図）は、ステ
ップ１１８において、カウンタ値Ｎな、トルク発生電流
の供給されるべきモータの次の位相を示す値にセットす
ることで終了する。第６Ａ図のルーチンはその出口点■
で第６Ｂ図の第２のルーチンの入口点■に続き、領域Ａ
２のモータ制御を実行する。

上述した第６Ａ図の過程は、モータ速度を所望の全速度
動作（３６００ＲＰＭ）まで増加させるのに用いること
ができると考えられる。しかし、そのためには、他の技
術、すなわち、第６Ｂ図に示す流れ図で表わされるルー
チンを用いる方がより効率的である。

第６Ｂ図のルーチンは、ステップ１２０より開始され、
ここで、マイクロプロセッサｌＯの内部レジスタ（図示
せず）を干−タＭの回転周期を表わす値（Ｐ）にセット
する。（第６Ａ図のステップ１１８の直後に引続いて）
、ステップ１２０に入ったとき、マイクロプロセッサｌ
ＯはモータＭの回転速度および次の順次位相（トルク発
生電流）についての情報を有する。

ステップ１２２において、トルク発生電流を位相値Ｎで
示される位相に供給する。この値Ｎは、第６Ｂ図の過程
に最初に入る際に、第６Ａ図の過程の出口ステップ１１
８において得られたものである。

簡単に述べると、領域屓の過程では、トルク発生電流の
供給に応動して、モータを流れる電流の振幅をあらかじ
め定めた値と比較する〜モータ電流は、第５図に曲線５
−５ｌ、５−５２および５−５３で例示されているよう
に、初期立上り５４を有し、その後に平坦部５６が続く
。モータＭの回転子（図示せず）が電流の供給によって
発生したトルクに応動すると、この回転子はその対応す
る安定位置に向けて回転する。その安定位置に到達する
と、逆起電力が減少し、電流レベルは上Ｒ−する。この
ことは、トルク発生電流を現在電流が供給されているあ
る特定の位相（に）からその次の順番の位相（Ｋ＋１）
に切換える必要があることを示している。

モータを流れる電流の初期立上り５４か６２度目の立上
り５８までの時間は、マイクロプロセッサの時間を基準
にしていうならば相対的に大きい（約６ｍｓからはじま
って全ＲＰＭにおいて約１−２ｍ５）。

従フて、各電流曲線（第５図）の平坦部分５６の間は、
マイクロプロセッサ１０は他の動作のために用いること
ができる。従って、マイクロプロセッサ１０はウィンド
ウ処理に用いることがで与る。すなわち、トルク発生電
流をあるひとつのイ◇相から他の位相へ切換えた後に、
このマイクロブロセッザ１０を他の動作のためにとって
おくことができ、ある特定の時間に再び元に戻ってモー
タ電流の第２の立上り５８を見出すことを始めるように
できる。

しかし、モータ速度が増大すると、（逆起電力の増加に
起因して）モータ電流は減少する。これは曲線５−５１
．５−５２および５−５３によって示されている。ここ
で、Ｓはモータ速度であり、モータ速度Ｓｌはモータ速
度Ｓ２より小さく、モータ速度Ｓ２はモータ速度Ｓ３よ
り小さい。第６Ｂ図の過程は、マイクロプロセッサｌＯ
で用いられる「ウィンドウ」を移動させて、初期立上り
５４に向けて電流の第２の立上り５８を求める技術を含
む。

従って、ステップ１２２（第６Ｂ図）において、モータ
速度が増加するときの第２の立上り５８のひざ部分の値
か低下するのを補償するために、次の式を用いてスイッ
チ値Ｃ′　を算出する。

ｃ’　＝（：ｏ　　Ｌ／Ｐ ここで、Ｃ０はステップ１００（第６Ａ図）において定
めめられた静止モータ電流値であり、 Ｌはモータの構造の特性およびモータの使用環境により
あらかじめ定められ、そ１ノで Ｐはステップ１２０において以前に６［１１Ｓにセット
された期間の値であり、モータ速度の増加に伴って、後
述するように変更される。

次に、ステップ１２６ではマイクロプロセッサｌＯのＡ
／Ｄコンバータ１２において受信された５ＰＩＮ　ＳＮ
Ｓ信号を介してモータ電流（１）をモニタし、次のステ
ップ１２８において、ステップ１２２において計算した
Ｃ′の値と比較する。測定されたモータ電流Ｉが値Ｃ′
　を越えないときは、モニタ過程を継続する。しかし、
ステップ１２８におけるテストにおいて、モータ電流■
が値Ｃ′を越えたと判断され、第２の立上り５８のひざ
部分に到達したことが示されると、ステップ１２Ｂから
ステップ１３０に進み、ここで位相の番号をインクリメ
ントしくここで、位相の番号は虻ジュロ６カウンタのカ
ウント値として得られる）、トルク発生電流は（第１図
および第２図のスピン−モータドライバ２４のスイッチ
ング部４０のトランジスタＱ１〜Ｑ６の動作により）、
次の順番の位相に切換えられる。

ステップ１３４では、期間の値Ｐを再計算してモータ速
度の予期された増加を考慮するようにし、ステップ１３
６では、マイクロプロセッサｌＯは期間値Ｐによて決定
された期間だけ待機しくすなわち、より正確には、マイ
クロプロセッサｌＯはその期間中他の動作を実行するこ
とができる）、そして、ステップ１３８では、期間値Ｐ
を用いて、全速度動作（３６００ＲＰＭ）　に到達した
か否かを決定するテストを行う。もしそうでなければ、
処理過程はステップ１２２に戻って、電流値Ｃ′を再計
算して予期されたモータ速度の増加（これは第５図の第
２の電流立上り５８のひざ部分を低下させる）を考慮す
るようにし、ついで、ステップ１２４〜１３８を再び実
行する。

第６Ｂ図に示す処理過程の動作は、ステップ１３８にお
いて千−夕速度が３６００Ｒ１’Ｍに到達した旨が判断
されるまで続く。モータ速度が３６０ＯＲＰＭに到達１
、た旨が↓ＩＩ　Ｗｒ　六れ乙と　７ｊｔ　ｓ　ｎ　１
ｉ２１の４品矛？か６７Ａ６ＣＩ’ｌに示す過程、すな
わちモータ速度を３８０ＯＲＰＭに保つ過程に移る。

第６Ｃ図の過程では、モータＭにより駆動されるハード
ディスク媒体に畳込まれている情報から必要なフィード
バックを得る。そこで、第６Ｃ図の過程について述べる
のに先立って、ハードディスク媒体に書込まれている情
報および干−タに対する関係について述べるのが有益で
ある。

モータＭおよび本発明を適用することのできるハードデ
ィスクシステムは、磁気媒体を担持する多数の表面を持
つ多重ディスクとすることができる。このような表面の
ひとつを第７図に符号６０で示す。

本発明を適用することのできるハードディスクシステム
の製造においては、多数の同心状情報トラックを表面６
０に書込む。これらトラックのうちのひとつを第７図で
はトラック６２として例示する。各トラックに書込まれ
た情報は、インデクスマークＩおよび２６個のセクタマ
ークＳＭＩ、・・・、５Ｍ２゜の計２７個のマークを有
する。インデクスマーク■は、表面６０を担持するハー
ドディスクを駆動するのに用いられる回転子のひとつの
位相位置にほぼ対応する位置に書込まれる。従って、イ
ンデクスマーク■およびセクタマークＳＭ、、・・・、
５Ｍ２Ｍは回転子の位置情報を提供する。インデクスマ
ークＩおよびセクタマークＳＭ、、・−，５Ｍ２．はそ
れぞれ約６０バイトの情報を含み、各インデクスマーク
とセクタマークとの間でユーザに苅して５１２バイトが
割当てられている。

ここで、第６Ｃ図に戻ると、その処理過程は、第６Ｂ図
の過程から入って、ステップ１４０より開始する。ステ
ップ１４０では、トラック６２（これは表面６０上のい
ずれのトラックでもよい）を常に読出して、インデクス
マークＩまたはセクタマークＳＭ、。

・・・、５Ｍ２６のひとつを検知するようにする。各セ
クタまたはインデクスマークを、インデクスマークＩが
関連するモータ位相のものである（あるいは、場合に応
じて、そうではないとしてもよい）ことを識別するデー
タを含むインデクスマークｌのためのビットパターンと
比較する。すなわち、例えば、インデクスマークＩおよ
びセクタマークＳＭ、、は、これらマークがモータ位相
Ｏのものであることを示すデータを含む。同様にして、
セクタマークＳＭ２およびＳＭ＋ｓは位相１を示す、等
々とすることができる。

マイクロプロセッサｌＯにより継続して制御することに
より、ステップ１４２のサーチは、あらかじめ定めた個
数のセクタマークとインデクスマークとの内のひとつの
位置が見つかるまで行われる。

なお、上述したように、３相直流モータは１２の位相位
置（各電力位相に対して２つの位置）をもっている。し
かし、第７図に示すように、各トラック６２に対して、
２７個のほぼ等間隔に配置されたマーカ（インデクスマ
ークエとセクタマークＳＭ、。

・・・、５Ｍ２６）がある。これらマーカのうちのいく
つかのもののみがモータの同期のために用いられる。

インデクスマークから、モータの位相をトルク発生電流
の供給される位相に順次に切換えるのに用いられるイン
デクスマークＩからの２．２．３のパターンを決定する
。すなわち、例えば、第７図に示すように、位相Ｏにト
ルク発生電流を供給することを示すのにインデクスマー
クエを用いるとき、セクタマークＳＭ２．５ＩＪ４．Ｓ
Ｍ６．５Ｍ９．ＳＭＩＩおよびＳＭ、、を用いて位相１
，２，３．４．５およびＯにそれぞれ切換えるようにす
る。同様にして、セクタマークＳＭ、５゜ＳＭ＋ａ、Ｓ
Ｊｏ、ＳＭｚｚおよび５Ｍ２４によって、トルク発生電
流の位相１，２，３．４および５へのそれぞれの供給を
切換えるようにする。

サーチ過程はステップ１４４を含み、ここで、インデク
スまたはひとつのセクタマークの位置を見つけるための
時間の長さを判断する。この時間を越えると、ステップ
１４６において、マイクロプロセッサ１０によりモータ
動作は停止させられる。

他方、インデクスマーク■またはあらかじめ定めたセク
タマーク（５Ｍ２　、５Ｍ４　、・・・、５Ｍ２４）の
うちのひとつが見つかると（この方が通常の場合である
）、ステップ１４８において、マイクロプロセッサ１０
によってその時間が記録されて蓄えられる。

次に、ステップ１５０では、マイクロプロセッサｌＯに
よって、トルク発生電流を、インデクスマークまたはセ
クタマークに含まれるデータにより示されるモータ位相
に切換えて給電する。

ステップ１５２では、現在の時点に対して最後に見つけ
られたインデクスまたはセクタマークの時間（Ｔ−１）
から現在の時点において位置の見つけられたインデクス
またはセクタの時間（Ｔｏ）までを算出する。その値か
らディスク６０の回転速度（Ｓ）を求める。

次いで、ステップ１５４において、マイクロプロセッサ
ｌＯは、ディスク６０の回転速度（Ｓ）が余り低いか否
か（すなわち、Ｓが１６．６６ｍ５／２７より大きいか
否か）を判断する。もしそうであれば、ステップ１５６
において、マイクロプロセッサ１０により、適切な幅の
５ＰＩＮ　ＣＴＬ信号を部分４２（第２図）に供給する
ことで、ディスク速度を高める。

他方、Ｓが最後のインデクスマークあるいはあらかじめ
定めたセクタマークからの理想的時間より小さいことが
判明したときには、ステップ１５８において、マイクロ
プロセッサ１０により、パルス幅のより狭い５ＰＩＮ　
ＣＴＬ信号を供給することによって、モータ速度を低下
さゼる。

［発明の効果］ 本発明によれば、モータ構造そのものに対して検知デバ
イスを設けずに、回転子の回転位百に関する帰還情報を
発生させることができるので、モータの寸法、構造の複
雑さおよびコストを低減させることができる。しかも、
消費電力も低減され、かつ信頼性の高いモータ制御装置
を提供できる。

さらにまた、本発明によれば、変動特性を呈する種々の
直流モータに適合させることができる。

これにより、製造規格の範囲を以前よりもずっと広げる
ことができるために、製造コストがさらに低減する利点
もある。

【図面の簡単な説明】

第°１図は本発明による多相ブラシレス直流モータを制
御するのに用いるマイクロプロセッサおよびそれに関連
する回路の一例を示す簡単なブロック線図、 第２図はマイクロプロセッサからの命令に応答してモー
タにトルク発生電流を供給するために第１図のブロック
線図にて用いられるスピン・モータドライバの詳細回路
図、 第３図は本発明に基づく種々の作動領域を示すモータの
速度特性図、 第４図は第１作動領域の期間中に本発明によって発生さ
せる高周波転流を説明するための線図、第５図は本発明
の第２モードの作動期間中に遭遇する種々のモータ電流
を示す特性図、第６Ａ図〜第６Ｃ図は本発明方法におけ
る３つの作動領域を説明するための流れ図、 第７図は帰還情報を記録した本発明により駆動される磁
気媒体の片面を示す平面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多数の回転子巻線を有するブラシレス直流モータに
   おいて、前記巻線への電流の規則的な給電を制御するた
   めの装置は： 回転子巻線に結合され、制御信号に応答して回転子巻線
   を通る電流通路を選択的に生じさせる回路手段と； 前記直流モータに結合され、該直流モータによって流さ
   れる電流を示す検知信号を発生させる検知手段と； 前記回路手段および前記検知手段に結合さ れ、制御信号を発生し、該制御信号に応答して前記回路
   手段により選択的に形成される電流通路に電流を流して
   回転子を回転させる制御手段； とを具え、前記制御手段が、回転子巻線に高周波電流パ
   ルスを選択的に供給せしめる制御信号を発生させると共
   に、どの電流パルスが他の電流パルスの振幅に較べて最
   高振幅値の検知信号を発生するかを決定するために検知
   信号を監視する手段を含み、前記制御手段が前記決定に
   応答して前記回路手段に予定した制御信号を供給すべく
   作動し得るようにしたことを特徴とするブラシレス直流
   モータ制御装置。 ２）トルク発生電流を流す多数の巻線を有する種類のブ
   ラシレス直流モータの回転子の回転を開始させる方法に
   おいて： あらかじめ定めた短い時間周期の間直流モータの各位相
   に順次に給電する工程と； 各給電期間中にモータによって流される電流のピーク振
   幅値を獲得する工程と； 他のピーク振幅値よりも大きな１つのピーク振幅値を決
   定する工程と； 前記工程によって決定された１つのピーク振幅値によっ
   て決められる直流モータの位相にトルク発生電流を供給
   する工程； とを含むことを特徴とするブラシレス直流モータの制御
   方法。 ３）決定されたピーク振幅値の順次の１から回転子の回
   転速度を導出する工程を含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載のブラシレス直流モータの制御方法。 ４）回転子の予定回転速度にて、前記給電、前記ピーク
   振幅値の獲得、前記最大ピーク振幅値の決定、前記トル
   ク発生電流の供給および前記回転速度の導出工程を終了
   させる工程と； 静的モータ電流値を得る工程と； モータ電流をモータの予定した電力位相に供給する工程
   と； モータ電流を測定する工程と； 測定モータ電流が静的モータ電流値以上となる際にモー
   タ電流の給電をモータの順次のつぎの電力位相に切換え
   る工程； とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
   ブラシレス直流モータの制御方法。 ５）ａ）複数個の第１磁界を制定させるための手段と； ｂ）第２磁界を誘起させるための手段と； ｃ）前記第２磁界誘起手段に結合され、前記第２磁界を
   短期間誘起させる制御手段； とを具え、前記制御手段が前記短期誘起の第２磁界と前
   記第１磁界との相互作用を監視する手段を含むことを特
   徴とするブラシレス直流モータ。 ６）前記第１磁界制定手段を前記第２磁界誘起手段に対
   して回転自在とし、かつ前記制御手段が、前記短期間の
   誘起第２磁界の回転方向を前記第１磁界の内のある特定
   の磁界に対して識別するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載のブラシレス直流モータ。 ７）前記制御手段は、前記監視手段に応答して、前記第
   ２磁界誘起手段に対する前記第１磁界制定手段の回転位
   置のサブセットを識別し、かつ前記制御手段が、前記第
   １磁界の内の前記特定の第１磁界の回転位置に対応する
   前記回転位置のサブセットから前記第２磁界誘起手段の
   １つの回転位置を識別する論理手段を含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載のブラシレス直流モータ
   。 ８）前記第２磁界誘起手段が複数個の巻線を具え、前記
   制御手段により選択される前記巻線の各位相の対を経て
   電流パルスを供給することによって前記第２磁界を短期
   間中誘起させ、前記監視手段が前記巻線の各相の対の電
   流パルス応答を監視するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載のブラシレス直流モータ。 ９）前記監視手段が、前記巻線の各相の対に各電流パル
   スを供給することに応答して得られるピーク電圧を検出
   するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第８項
   記載のブラシレス直流モータ。 １０）ａ）相対的な回転運動を誘起する電機子手段であ
   って、第１および第２端部を有している複数個の巻線を
   具え、前記巻線の第１端部を一緒に接続した電機子手段
   と； ｂ）前記電機子手段に対して回転自在の複数個の磁石を
   支持する磁石支持手段と； ｃ）前記巻線の前記第２端部の各々に結合され、前記巻
   線に転流電力を供給する制御手段であって、高周波信号
   を前記巻線に供給し て、前記巻線に対する前記磁石の回転方向を決定するた
   めの手段を含んでいる制御手段；とを具えたことを特徴
   とするブラシレス直流モータ。 １１）前記高周波信号供給手段を前記巻線の前記第２端
   部の各々に結合させて、前記高周波信号を前記巻線の各
   々に供給可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １０項記載のブラシレス直流モータ。 １２）前記制御手段は、前記巻線の前記第２端部の各々
   に結合されて、前記高周波信号の供給に対する前記巻線
   の応答を測定する測定手段を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第１１項記載のブラシレス直流モータ。 １３）前記測定手段は、前記高周波信号の供給に応答し
   て、前記巻線の各々に対して得られる帰還高周波信号の
   ピーク値を測定することを特徴とする特許請求の範囲第
   １２項記載のブラシレス直流モータ。 １４）前記高周波信号供給手段は、前記高周波信号を前
   記巻線の前記第２端部の対に選択的に供給して、前記高
   周波信号が前記巻線の第１端部を経て前記巻線のうちの
   ２つの巻線に直列的に流れるようにしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１３項記載のブラシレス直流モータ
   。 １５）前記制御手段は、前記測定手段に応答して、前記
   巻線に電力を供給する転流の順序を選択的に決定して前
   記磁石支持手段を予定した方向に回転させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１４項記載のブラシレス直流モ
   ータ。 １６）前記制御手段は、専ら前記測定手段に依存して前
   記磁石支持手段の回転方向を前記電機子手段に対して決
   定可能とすることを特徴とする特許請求の範囲第１５項
   記載のブラシレス直流モータ。 １７）電機子および複数の磁石回転子を有し、前記電機
   子がトルク誘導磁界発生用の複数本の巻線を含み、かつ
   前記複数の磁石回転子が前記磁界に応答して電機子に対
   して回転するブラシレス直流モータにおいて、前記巻線
   を位置センサとして使用することにより、前記複数の磁
   石回転子の電機子に対するユニークな回転位置を電気的
   に識別するために、前記モータは： ａ）高周波信号を前記巻線に供給する制御手段；および ｂ）前記高周波信号に対する前記巻線の各応答を検出す
   るための検出手段； を具えたことを特徴とするブラシレス直流モータ。 １８）前記制御手段は、前記高周波信号を前記巻線に選
   択的に供給し、前記検出手段は、前記巻線から識別応答
   を検出し、かつ前記制御手段は、前記検出手段に応答し
   て、前記複数の磁石回転子の電機子に対するユニークな
   回転位置を決定するようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１７項記載のブラシレス直流モータ。 １９）前記制御手段は、前記高周波信号を持続時間の短
   い電流パルスとして供給し、かつ前記制御手段は、前記
   持続時間の短い電流パルスの供給に応答して前記巻線間
   に発生するピーク電圧を監視し、最高ピーク電圧が検出
   される巻線を前記複数の磁石回転子における特定の位置
   に関連付けるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１８項記載のブラシレス直流モータ。 ２０）前記制御手段は、前記持続時間が短い電流パルス
   を前記モータの各相巻線に供給し、かつ前記持続時間が
   短い電流パルスが、前記電機子に対する前記複数の磁石
   回転子の回転位置を変更させるのには十分ではない予定
   持続時間を有するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１９項記載のブラシレス直流モータ。 ２１）ａ）第１および第２端部を有する複数個の巻線を
   含み、前記巻線の前記第１端部を一緒に接続して前記２
   つの第２端部の組が前記巻線の相の対を規定する電機子
   と； ｂ）複数個の磁石を含み、かつ前記電機子に対して回転
   可能な永久磁石回転子アセンブリと； ｃ）前記巻線の前記各第２端部に結合され、転流電力を
   前記巻線の相の対に選択的に供給 し、持続時間の短い電流パルスを前記巻線の各相の対に
   順次供給し、前記巻線の各相の対の前記第２端部間に発
   生するピーク電圧を検出し、かつ前記巻線の各相の対の
   検出されたピーク電圧を比較する制御手段であって、前
   記磁石の内の特定の１個の磁石を、最大ピーク電圧が検
   出される相の対に対応する前記巻線の相の対の内の１つ
   に位置的に関連するものとして識別する制御手段： とを具えたことを特徴とするブラシレス直流モータ。