KR100268290B1 - 디스크 드라이브, 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법,및 모터 제어 회로 - Google Patents

Abstract

디스크 드라이브내의 다극성(multiple pole), 다상(multiple phase), 무센서(sensoreless) DC 디스크 스핀들(spindle) 모터는 DC 전원으로부터의 모터 상들에 커뮤테이션(commutation)되는 직류 전류에 의해 전력을 공급받아 디스크가 사용될 때마다 사전결정된 방향으로 일정한 속도로 모터를 기동시켜 디스크를 회전시킨다. 디스크에 하나 이상의 트랜스듀서가 스틱션 접착(stiction bond)되어 모터의 회전이 방해받는 경우, 직류 전류를 모터 상들에 사전결정된 회수만큼 진동 주파수 근처에서 가역적으로 커뮤테이션하여 대체적으로 정현 형태의 2 극성 모터 토크를 수득함으로써 상기 스틱션 접착을 깨기 위한 토크 증폭을 실현한다. 직류 전류의 사전결정된 수만큼의 가역적 커뮤테이션 후, 직류 전류 커뮤테이션을 모터 상들에 대해 개시하여 모터와 디스크를 일정한 속도로 원하는 방향으로 회전시킨다.

Description

디스크 드라이브, 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법, 및 모터 제어 회로

제1도는 회전 액츄에이터(actuator) 디스크 드라이브의 평면도.

제2도는 제1도 디스크 드라이브의 등각 투영도.

제3도는 제1도의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 디스크 드라이브 조립체의 확대 단면도.

제4도는 디스크 드라이브 회전축(7)을 포함하는 평편을 따라 취한 디스크 스택 또는 디스크 드라이브 모터의 확대 단면도.

제5도는 특정 각도에서의 디스크 드라이브 모터의 고정자 및 회전자 자극(pole)의 평면 레이아웃(planform layout)을 도시한 개략도.

제6도는 모터 고정자 권선(winding)의 성형 접속(star connection)의 개략도.

제7도는 디스크 모터 제어 시스템의 블럭도.

제8도는 전기 각도(electrical angle) 기능에 대한 역기전력(back EMF) 및 모터 토크를 이상적으로 도시한 그래프.

제9도 및 제10도는 위치 X(POS X) 및 위치 Y(POS Y)로 도시한 각각의 각 위치에서 한 커뮤테이션 사이클의 각 커뮤테이션 단계에서의 고정자에 대해 고정된 회전자와 모터 토크의 함수를 도시한 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 베이스 2 : 디스크 스택

5 : 회전 액츄에이터 조립체 7 : 디스크 스핀들 축

9 : 투피스 스핀들 17 : 모터

18 : 고정자 19 : 회전자

24 : 제어기 26 : 주파수 발생기

28 : 커뮤테이션 및 구동 논리 회로 30 : 적응 커뮤테이션 및 지연회로

32 : 정규/진동 모드 34 : 멀티플렉서

36 : 역기전력 선택기 38 : 부호 변환점 선택기

40 : 공진 클락 42 : 전압/전류 회로

A1, B1, C1 : 전력 증폭기 BA, BB, BC : 역기전력 비교기

A, B, C : 권선

본 발명은 일반적으로 디스크 드라이브에 관한 것으로서, 특히 디스크들의 각 표면에 접착된 트랜스듀서(transducer)로부터 디스크를 자유롭게 하여 회전할 수 있도록 하는 디스크 드라이브에 관한 것이다.

디스크 드라이브에 있어서, 디스크 표면에 트랜스듀서가 접촉하고 있는 상태는 주지되어 있는데, 이는 통상 "스틱션(stiction)"이라 칭해진다. 우선 이러한 상태가 발생하지 않도록 하고 발생한 경우에는 이를 해결하려는 다양한 기술들이 제안되어 왔다. 스틱션 상태를 해결하려는 기술중 디스크 텍스처링(disk texturing)이란 것이 있는데, 이는 디스크 표면에 윤활제를 제공하고, 스틱션 상태를 촉진시키는 가스 방출(outgassing)성의 물질의 드라이브내에서 제거하는 것이다. 스틱션 상태가 존재하는 경우, 기존에는 트랜스듀서 서스펜션(suspension)이 손상을 입지 않을 정도로 대충 힘을 가하여 트랜스듀서와 디스크를 분리시켰다. 이 방법을 행하여 디스크가 회전할 수 있을 만큼 디스크가 자유롭게 되지 못한다면 디스크 드라이브는 작동하지 않는다.

이러한 종래의 기술은 정밀하지 않은 대충의 힘을 가함으로써 발생하는 것 이외에도 항상 불확실한 결과를 초래한다. 종래 기술에서 행한 바와 같이, 정밀하지 않은 힘을 사용하는 경우, 디스크 스핀들 모터(disk spindle motor) 또는 트랜스듀서 액츄에이터 모터(transducer actuator motor)는 스틱션 결합을 깰 수 있을 정도의 충분한 힘이 있어야 한다. 디스크 드라이브가 소형화됨에 따라 액츄에이터 모터가 필요로 하는 힘은 현저히 격감된다. 1~2인치 정도 크기의 드라이브에서 액츄에이터의 힘은 스틱션 결합을 깰 정도로 충분치 못하다.

따라서, 디스크 조립체 혹은 스택을 구동시키는 디스크 스핀들 모터에 관심이 집중된다. 하지만, 소형 드라이브에서도 종래의 모터 기동 기술로서는 상기 모터가 트랜스듀서 서스펜션의 기계적 힘의 한계내에서 스틱션 결합을 깰 정도로 충분한 크기의 토크를 제공하기에는 힘이 약하다. 일반적으로, 상기 모터는 적정 크기가 요구되거나 또는 크기에서 제한을 받기 때문에 필요로 하거나 허여된 모터 작동 속도 보다 더욱 큰 토크 상수(K)를 필요로 한다. 원하는 토크를 얻기 위해서는 권선(winding)을 증대시켜야 하는데, 이로 인해 권선 저항도 증가하게 된다. 권선 저항이 증가하면 정규 작동을 위한 전력이 증가해야 하므로 이는 바람직하지 못하다. 더우기, 전술한 바와 같이 재설계했다 하더라도 소형 디스크 드라이브에서 이러한 정밀하지 않은 방법으로 원하는 토크를 얻을 수 없다.

스틱션 결합을 깨기 위한 또 하나의 최신 기술이 발명자 라 베르느 에프 카나프(La Verne F. Knappe)에 의한 "Magnetic Disk Drive Start Procedure For Starting Reaction Torque Amplication"이란 제목의 미국 특허 제 4,970,610 호에 개시되어 있다. 발명자 카나프는 홀 센서(Hall sensor)를 구비한 무부러시 직류 3상 델타 권선형 디스크 스핀들 모터(a brushless, direct current, three phase, delta wound disk)를 사용하여 스틱션 결합 문제를 해결하려 했다. 상기 모터는 "스턱 시스템(stuck system)"의 진동 주파수라 일컬어지는 주파수의 단일 방향성 직류 전류 펄스의 결합에 의해 구동된다. 스턱 시스템은 디스크 조립체, 액츄에이터 및 스틱션 결합된 트랜스듀서를 포함한다. 운동 센서(motion sensor)는 디스크 회전 운동이 바람직한 회전 방향, 즉 양의 방향으로 이루어지는지를 감지하여 단일 방향성 전류 펄스를 인가하기 위한 타이밍을 제공한다.

본 발명에 따르면, 디스크/트랜스듀서/모터 회전자 조립체, 회전 조립체 등을 그들의 기계적 진동 주파수로 기계적으로 진동시켜 트랜스듀서로부터 디스크 조립체내의 디스크를 자유롭게 함으로써 개선한다. 본 발명에서는, 회전 방향으로 단일 방향성 토크를 가하는 카나프가 고안한 방법보다는 대체로 정현파 모양의, 그리고 디스크 스핀들 모터의 회전자, 디스크 조립체, 액츄에이터 및 디스크(들)에 접착되는 트랜스듀서(들)를(을) 구비하는 회전 조립체의 실질적인 진동 주파수로 2 극성 기계적 토크를 디스크 조립체에 인가하여 실행한다. 이러한 방법으로 행하면 한 방향으로만 디스크 스핀들 모터에 펄스를 인가하는 경우 보다 거의 두 배의 토크를 얻을 수 있다.

본원에 개시된 디스크 드라이브는 디스크들의 각 표면에 각각 인접해 있는 세 개의 자기 헤드, 이들을 지지하는 암스택(armstack) 및 암스택을 갖는 회전 액츄에이터와 두 개의 디스크를 포함하고 회전가능하도록 장착된 디스크 스택을 포함한다.

무부러시 다극성 다상 무센서의 DC 모터(a brushless, multiple pole, multi phase, sensorless DC motor)를 사용하여 디스크 조립체를 구동한다. 디스크 드라이브를 기동시키기 위하여, DC 전원으로부터 모터로 2극성 DC 전력을 소정의 주파수로 다상으로 커뮤테이션(commutation)함으로써, 드라이브를 사용할 때마다 모터가 일정한 속도로 구동될 수 있다. 디스크 드라이브를 기동시키기 위해 모터에 2극성 DC 전력을 커뮤테이션했지만 디스크에 장착된 하나 이상의 트랜스듀서 때문에 기동 토크가 드라이브를 기동시키지 못하는 경우, 회전 조립체의 실질적인 진동 주파수의 직류 2 극성 펄스를 인가함으로써, 모터가 여기(excitation)된다.

디스크 조립체내에 하나 또는 두 개의 디스크만 존재하는 경우, 디스크에 접착되는 모든 트랜스듀서로부터, 또는 이와 다른 경우에는 세 개의 트랜스듀서중 두 개로부터 회전 조립체의 주파수를 진동 주파수로 선택하여도 기능적으로 무방할 것이다. 하지만, 두 개의 디스크 스택내에는 세 개 또는 네 개의 트랜스듀서만이 구비되므로, 디스크에 접착되는 트랜스듀서가 하나 또는 둘 또는 셋 등의 개별적인 각각의 경우에 대하여 디스크 스택/회전 액츄에이터 조립체의 진동 주파수를 사전결정하고, 디스크가 원하는 방향으로 회전할 때까지 상기 개별적인 주파수로 지속적으로 커뮤테이션하여 2 극성 디스크 모터를 여기시키고 디스크의 기동시도 종결후 디스크가 회전하지 않으면 드라이브를 운전 정지(shut down)시키는 것이 바람직하다.

개별적인 주파수에서의 2 극성 여기는 사전결정된 커뮤테이션 사이클 수로 모터 권선들중의 하나를 커뮤테이션함으로써 이루어진다. 사전결정된 사이클 수로 커뮤테이션을 수행함에 있어서, 디스크가 회전하기 시작했다면 역기전력이 감지되는 동안 최후의 상이 지속된다. 모터는 무센서로 설계되었기 때문에 이 상(phase)이 하이(high) 토크인지 로(low) 토크인지는 알 수 없다. 회전이 감지되지 않는 경우에는 상기한 것과 동일한 사이클 수의 다른 세트(set)가 반복되어 그 후 다음 상(phase)이 하이로 유지될 것이다. 이는 디스크가 회전할 때까지 지속될 것이다.

본 발명을 실현하기 위한 최상의 모드에 있어서, 모터는 다상을 구비하는데, 고정자 자극은 홀수 개이다. 모터의 회전자는 동일한 원주상으로 격리된 짝수 개의영구 자석 자극을 갖고 국부적으로 자화된 환형 고리로 고정자를 둘러싸는데, 각 회전자는 인접한 고정자 자극과 연결되는 자계를 형성한다. 고정자 자극 개수와 자화된 회전자 자극 개수의 비율은 3 : 4 이고 회전 시스템의 각기 다른 진동 주파수로 커뮤테이션되는 바람직한 2극성 여기 사이클수는 모터 상(phase)의 수에 1을 더한 값의 2 배이다. 궁극적인 목표는 최대 변위 증폭을 수득할 수 있을 정도로 충분한 길이의 진동 주파수 신호를 공급하는 것이다. 충분한 신호가 공급되어 정규 모터가 회전하면 최종 신호에서 각 모터의 상과 극성은 그대로 유지된다.

본 발명은 후속하는 도면을 참조한 설명에서 더욱 잘 이해될 것이다.

제 1 도 내지 제 4 도는 본 발명을 실현하기 위한 최상 모드를 구현하는 회전 액츄에이터형 디스크 드라이브를 도시한다. 디스크 드라이브는 베이스 또는 지지체(1) 및 그 위에 회전가능하도록 장착되어 하우징(도시하지 않음)으로 밀폐되는 디스크 스택(2)과 회전 액츄에이터 조립체(5)를 구비한다. 작동중, 하나이상의 개별 디스크(2a)를 갖는 디스크 스택(2)은 주지된 바와같이, 디스크 스핀들(spindle)의 축(7)을 중심으로 제 4 도의 전기 모터(17)에 의해 사전결정된 일정 속도로 회전한다. 전기 모터는 베이스(1)에 고착된다.

회전 액츄에이터 조립체(5)는 투피스 스핀들(2-piece spindle)(9)과 동축을 이루는 관형 부재(tubular member)(9a)(제 3 도)상에 조립되는데 상기 스핀들의 다른 쪽 부분(9b)은 베이스(1)에 고착된 동축 베어링 조립체(9c)에 저널(journal)이 지지된다. 회전 액츄에이터 조립체(5)는 암스택(armstack)을 구성하는 하나 이상의 로드빔(5a)과 이에 대한 음성코일 모터 드라이브(5b)을 구비한다. 음성코일 모터(5b)의 운동부(5b1)는 음성코일(5b3)을 위한 코일 지지부 또는 하우징(5b2)을 갖는다. 이 코일 지지부 또는 하우징(5b2)의 연장 암(5b6)에는 기설정 시퀀스(sequence)에 따라 관형 부재(9a)상에 로드 빔(들)(5a)을 장착하고 이 관형 부재를 스웨이징(swaging)하여 고정시킨다. 각 로드 빔(5a)의 선단에는 트랜스듀서(transducer)(5a6)를 장착한다.

회전 액츄에이터 조립체의 각운동은 코일 지지부(5b2)내에 고착된 자화가능물질로 된 핀(5b4)을 포함하는 파손 방지 구조물에 의해 제한된다. 핀(5b4)은 음성 코일 모터(5b)의 고정자 구조물 부분을 포함하는 상부 자석 평판(5b8)내의 아아치형 연부 또는 후미(5b5) 근처에서 돌출되는데, 위치적으로 핀(5b4)은 아아치형 후미(5b5)의 선단과 맞물려 있어 회전 액츄에이터 조립체(5)의 양방향 각 운동에 대한 기계적 한계를 제공한다. 상부 자석 평판(5b8)은 음성코일 모터부(5b)를 형성하는 영구자석(5b9)을 지탱해 준다. 또한, 핀(5b4)은 자기 래치(magnetic latch)로서의 기능도 행한다.

코일 지지부 또는 하우징(5b2)의 연장암(5b6)의 선단에는 금속 삽입물(5b7)이 장착된다. 이 금속 삽입물에는 또한 관통하여 형성된 소정 직경의 개구 또는 구멍이 제공되어 관형 허브(hub)(9a)의 원통부에 꼭맞게 끼워질 수 있도록 한다. 보강 평판(5a3) 및 금속 삽입물(5b7)의 두께는 디스크의 축 공간 및 디스크간의 로드 빔과 자기 헤드의 바람직한 위치에 따라 달라진다.

디스크 스택 조립체(2)는 원통형 허브(3)(금속인 것이 바람직함)를 포함한다. 역 컵 형상의 단면을 갖는 원통형 허브(3)는 평탄 베이스부(3a)와 이 베이스부와 일체로 된 현수 환형부(3b)를 갖는데, 이 환형부는 상기 베이스부와 함께 컵 형상의 원통형 공동(cavity)(3c)을 규정한다. 베이스부(6a)의 상부면과 환형부(3b)의 바닥면은 동축상에서 공간적으로 이격된 표면을 제공하는데, 이 두 부분 각각에, 예를 들면, 에폭시(epoxy)를 사용하여 디스크(2a)를 접착시킨다.

제 4 도에 도시한 바와 같이, 디스크 조립체(2)는 고정자(18) 및 회전자(19)를 구비한 모터(17)에 의해 구동된다. 고정자(18)는 베이스부(18b)를 갖는 고정자 평판(18a)을 구비하여 디스크 드라이브용 베이스부(1)를 형성하거나 베이스부(18b)를 갖는 고정자 평판(18a)을 구비한 베이스에 고착된다. 간단하게 하기 위해 디스크 드라이브 하우징은 도시하지 않는다. 관형 베어링 하우징(18c)은 고정자 베이스부(18b)와 일체이다. 모터 스핀들 또는 구동축(19a)은 모터 회전자(19)와 동심원상에 있고 일체이며, 관형 베어링 하우징(18c)내의 동축상에서 이격된 베어링 쌍(18d)내에 저널이 지지된다. 모터(17)의 고정자(18)는 동일한 원주상으로 격리된 다수개의 돌출 자극(18f)을 갖는 자기 코어(core)(18e)를 포함한다(제 5 도). 회전자(19)는 우산 형상인데(제 4 도) 상기 돌출 자극(18f)의 선단을 감싸고 있는 고리자석(19c)의 외주를 따라 회전한다. 고리자석(19c)은 국부적으로 자화되어 동일한 원주상으로 격리된 회전자 자극을 규정한다. 모터(17)는 일정속도로 작동하는 무부러시 DC 모터이다. 사용되는 모터의 형태는 홀 센서(Hall sensor)가 없는 무센서 DC 디스크 스핀들 모터로 알려져 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 모터(17)는 권선(winding)(18g)을 각각 가지는 9개의 돌출 고정자 자극(18f)과 동일한 원주상으로 격리되고 방사상으로 N-S, S-N 으로 교번적으로 자화된 12개의 자극을 포함한다. 회전자(19)는 탄소강(carbon steel) 또는 자화가능한 스테인레스강이고 모터의 외부 플럭스(flux) 복귀 경로로서의 기능을 수행하는 것이 바람직하다.

스핀들 또는 구동축(19a)의 상부 선단(19b)은 원통형이고 원형 허브(3)의 컵 형상 원통형 공동(3c)내에 꼭 맞게 끼워지는데, 이는 디스크 스택(2)을 모터 회전자(19)의 축에 대하여 동심원으로 위치케 한다. 이러한 조립체의 중앙에, 즉 허브(3) 베이스(3a)의 중앙을 관통하고 모터 구동축(19a)의 원통 선단(19b)내로 축을 따라 나사 또는 볼트(13)와 같은 고정체를 사용함으로써, 상기한 조립체를 일체화 시킨다.

하나 이상의 헤드가 디스크에 장착되는 경우, 시스템의 진동 주파수는 회전 시스템의 각 관성 모멘트(angular moment of inertia) 및 스프링 율(spring rate)의 함수이다. 회전 시스템은 디스크 스택(2), 모터 회전자(19) 및 고정자(13)를 구비한다. 상기 스프링 율은 로드 빔(5a), 짐발(gimbal)(5a7), 액츄에이터 암 베어링(9c) 및 트랜스듀서(5a6)와 디스크(2a)간의 루프(loop)내 모든 다른 기계 구성요소의 강도에 의해 결정된다. 강도나 스프링 율은 장착된 트랜스듀서의 수에 따라 달라질 것이다. 어떤 경우에는, 장착된 모든 트랜스듀서에 대응하는 단일 진동 주파수를 사용하는 것이 2극 모터 여기(bi-polar motor excitation)를 위하여 바람직할 것이다. 이는 최악의 진동 주파수의 일례이다. 물론, 디스크에 접촉하는 모든 트랜스듀서 보다 나쁜 조건의 진동 주파수가 수락가능할 수도 있을 것이다. 상기한 어느 경우에 있어서도 진동 주파수는 고정된 채로 유지된다. 이렇게 함으로써, 복잡성을 최소화하고 디스크/액츄에이터 조립체, 즉 회전성 조립체의 양방향성 여기 기능을 위한 원리를 제공할 수 있을 것이다.

하지만, 도시한 디스크 드라이브로 본 발명을 실현하기 위한 최상 모드에 따르면, 디스크에 접촉하는 하나, 또는 둘, 또는 세 개의 트랜스듀서에 대한 각각의 회전 액츄에이터 구성물에 대하여 개별적인 기계적 진동 주파수를 계산하고, 다른 주파수에서 2극 모터 권선 여기의 사이클을 개별적이면서 계속적으로 커뮤테이션(commutation)하여 디스크 스택 회전을 시작케하는 것이 바람직하다. 마지막 여기 주파수가 공급된 후 디스크가 회전하지 않으면 여기는 종료된다.

디스크 드라이브 시스템은 성형 접속식(star connected) 고정자 권선(제 6 도)을 갖는 무센서(홀 센서(Hall sensor)가 없음), 무부러시 DC 모터(제 5 도)를 포함한다. 제 5 도에 도시한 바와 같이, 디스크 드라이브 모터는 9 개의 회전자 자극(18f)과 12 개의 고정자 자극(19c)을 포함한다. 권선(18g)은 각 고정자 자극(18f)상에 배치된다. 이러한 권선은 세 개의 권선 군으로 분류되는데, 이들 세 개의 권선군 각각은 부호(A), 부호(B) 및 부호(C)로 표기한다. 부호(A) 또는 (B) 또는 (C)에 대응되는 권선들의 베어링은 직렬로 접속되는데, 제 6 도에서 도시한 바와 같이, 각각의 직렬 연결된 군은 성형 접속의 한 가지(branch)를 구성한다.

회전자(19)는 원주상으로 균일하게 격리되어 국부 자화된 12개의 교번 극성을 가진 영구자석 고리(19c)를 동심원상에서 회전 하면서 지지해준다. 회전자(19)는 플럭스 복귀 경로를 제공한다. 인접 회전자 자극은 방사상 방향으로 서로 반대 극성으로 자화된다. 도면에는 고정자 자극 선단에 인접한 자극의 극성만을 도시하였다. 자장 유도선(18g)에 대한 고정자 자극의 극성을 부호(A) 및 (C)로 나타내었다. 여기에서, 상기 회전자 자극(19c)은 상기 고정자 자극(18f)에 대하여 조금씩 어긋나게 위치함으로써, 자장유도선 가지(A) 및 (C)에 인가되는 DC 전압의 극성(A+), (C-)에 대하여 최대 회전자 토크를 얻을 수 있고 또한 모터(17)의 삼상중에서 한 상을 나타내게 된다.

2극 모터는 6상인데, 하나의 커뮤테이션 사이클에서의 2극 모터 상을 아래 표 1 에 나타내었다.

홀 센서가 없는 모터를 여기시키기 위한 상의 선택은 랜덤(random)하다. 따라서, 커뮤테이션을 하지 않는 경우, 모터에 인가된 전압은 인가된 전압의 극성에 관계없이 회전자 고리상의 영구 자석 자극에 대한 모터 고정자 자극의 물리적 위치에 기인하여 모터 토크가 영(zero) 또는 영에 가깝게 되는 모터 상을 제공할 것인데, 어떤 다른 모터 상에서는 모터 토크가 최대치 이하가 되어 디스크 모터가 기동되지 않을 수도 있다. 전술한 바와 같이, 여섯 개의 모터 토크 상중 2극성 전압을 커뮤테이션함으로써, 모터 토크가 최대가 되는 모터 상을 구현하게 되고 따라서 디스크에의 트랜스듀서 과잉 밀착이 문제시 되지 않고 디스크 스택이 회전할 수 있게 된다.

디스크 스핀들 모터는 디스크 드라이브를 제어하는 드라이브 제어기(24)를 구비한 제어 시스템(제 7 도)에 연결되어 제어된다. 상기 제어기의 제어하에서 상기 시스템은 다음 기능들을 수행한다.

1. 디스크를 기동(start up)시킨다.

2. 디스크가 회전하지 않는 경우 다른 주파수로 계속적으로 커뮤테이션 사이클을 연장한다.

3. 디스크 회전의 시작과 방향을 인식한다.

4. 디스크가 바람직한 RPM 으로, 바람직한 방향으로 회전하게 한다.

상기 제어 기능들은 상업적으로 실용성있는 IC 칩을 이용하여 수행하는데, IC 칩은 네덜란드 아인드호펜의 "Phillips International"사의 TDA 5340을 이용할 수 있다. 이 칩은 IC 칩(24)에 의해 제어되는 주파수 발생기(26)를 구비하여 진동 주파수의 여섯 배인 커뮤테이션 주파수를 발생한다. 주파수 발생기(26)는 커뮤테이션 및 구동 논리 회로(28)로 가는 신호를 감시하고, 회로(28)는 주파수 발생기(26)에서 지정한 주파수로, 그리고 연속적인(sequential) 최대 고정 전압치 및 전압 극성으로 개별적인 전력 증폭기(A1), (B1), (C1)를 경우하여 부호(A), (B) 및 (C)로 나타낸 각각의 모터 권선(18g)으로 표 1에서의 각각의 상에 대한 전압((A+)(C-)등)을 커뮤테이션 한다. 적응 커뮤테이션 및 지연 회로(30)는 정규/진동 모드로 제어기(24)에 의해 회로(32)를 통하여 스타트 업과 정규 가동을 커뮤테이션하는 시간을 제어하고 커뮤테이션 회로(28)가 디스크를 스타트 업하는 시간과 가동 타이밍을 초기화 하는 것을 제어한다. 정규 또는 진동 모드 회로(32)는 또한, 적응 커뮤테이션 지연 회로(30)에 연결된 출력을 가져 정규 진동 모드, 즉 회로(32)로 타이밍을 커뮤테이션하는 멀티플렉서(34)를 제어한다. 정규 모드에서는, 제로 크로싱(zero crossing) 선택기(38)가 적응 커뮤테이션 지연 회로(30)에 커뮤테이션 신호를 전달하다. 진동 모드에서는, 제로 크로싱을 받고 제어기(24)로부터의 회로(40)상의 진동 클락 신호가 적응 커뮤테이션 지연 회로(30)에 커뮤테이션 신호를 전달한다. 역 기전력(back EMF) 비교기(BA), (BB) 및 (BC) 각각은 각 권선(18f) (A), (B) 및 (C)의 역기전력 전압을 역 기전력 선택기(36)에 연결시키고, 역 기전력 선택기(36)의 출력은 멀티플렉서(34)로 신호를 전달하는 제로 크로싱 선택기(38)에 연결된다. 역 기전력 비교기 (BA), (BB) 및 (BC)와 역 기전력 선택기(36)를 경유하여 전달된 제로 크로싱 선택기에의 입력은 역 기전력 전압의 권선 가지(A) 또는 (B) 또는 (C) 및 역 기전력 전압의 극성을 나타낸다. 역 기전력 전압이 고정되는 경우, 즉 제로 크로싱이 없는 경우, 회전자는 정지된다. 기동 시도중, 커뮤테이션 사이클내의 어떠한 지점에서도 제로 크로싱이 감지되면 제로 크로싱 선택기(38)로부터 출력이 존재하여 모터를 여기시키게 됨으로써 디스크는 구속에서 벗어나고 기동이 지속되는 동안 정규 모드로 작용한다. 하지만, 주파수 발생기(26)로부터 제어기(24)에 의해 감지된 제로 크로싱이 없는 경우, 상기 제어기는 회로(40)상에 멀티플렉서(34)로의 출력신호와 여기된 진동 주파수의 여섯배인 진동 클락 주파수를 발생케 하여 사기 멀티플렉서(34)에 공급하면, 이 멀티플렉서는 디스크를 자유롭게 하는 기능을 수행하기 위한 디스크 모터 여기 조건으로 커뮤테이션 하는 시간에 적응 커뮤테이션 지연 회로(30)를 리셋(reset)시킨다. 이 시점에서 시스템은 권선의 상중 각각의 주파수에서 연속적으로 2극성 전압의 커뮤테이션을 시작한다. 주파수 발생기 회로(26)에 응답하여 제어기(24)에 의해 제어되는 전압/전류 회로(42)는 전력 증폭기(A1), (B1), (C1)를 제어하여 진동 모드로 작동하는 동안 최대전력을 모터 권선에 제공하도록 한다.

본 시스템은 제 8 도, 제 9 도 및 제 10 도를 참조함으로써 더욱 잘 이해될 것이다. 제 8 도에서 점선 커브는 이상적인 역 기전력 전압의 형태를 도시하고 실선 커브는 모터 토크를 도시한다. 제 9 도 및 제 10 도는 고정자에 대한 회전자의 다른 두 지점에서의 모터의 토크 함수를 도시하는데, 한 지점(POS X)은 모터 고정자에 대한 모터 회전자의 지점(X)을 나타내고 다른 지점(POS Y)은 모터 고장자에 대한 모터 회전자의 다른 지점(Y)를 나타낸다. 제 8 도에서의 지점(POS X)은 제 5 도에서 여기된 순간의 전압 극성(A+ C-) 근처에서의 모터 고정자에 대한 회전자의 위치를 나타낸다. 회전체가 정지된 지점(POS X)에 대한 제 9 도의 토크 함수를 참조하면, 모터의 연속적인 상에서의 DC 전압의 특정 극성에 대한 모터 토크치에 대해, 모터 토크치는 스텝(step)형 정현 곡선(sinusoidal) 모양으로 변화함을 볼수 있다. 따라서, 극성(A+ B-)의 전압을 적용하면 이는 제 9 도에서의 모터 토크치(1)에 해당하고 제 8 도에서의 양의 방향 위치(1)에 해당하는데, 이것은, 예를 들면, 바람직한 모터 회전방향을 나타낸다. 모터 권선(A) 및 (C)의 단자에 전압(A+ C-)을 인가하면 제 8 도에 도시한 바와 같이 최대 모터 토크치(2)를 얻는다. 2극 전압(B+ C-)을 인가하면 제 8 도에 도시한 바와같이 전압 토크치(3)를 얻는다. 이와 유사한 방법으로 제 8 도에서의 지점(4), (5) 및 (6)과 같은 음의 토크치를 얻을 수 있다.

제 10 도를 참조하면, 위치(POS Y)에서 회전자가 정지 상태에 있을 때의 모터의 토크 함수를 도시하는데, 2극성 전압 여기 상(A+ C-) 및 (C+ A-) 모두에서 모터 토크가 영이고 커뮤테이션 상(2) 및 (3), (B+ C-), (B+ A-) 각각에서 토크 레벨이 음이고, 커뮤테이션 상(5) 및 (6), (C+ B-), (A+ B-) 각각에서 토크 레벨이 양이 됨을 알 수 있다. 이러한 지점 각각에서 2극성 전압치를 알 수 있다.

다시 제 8 도를 참조하면, 2극성 전압(A+ C-)을 적용한 동안 지점(POS X)선을 가로지르는 지점에서의 역기전력 전압(BV)은 낮은 음의 값이다. 유사하게, 2극 전압(A+ B-)을 적용한 경우, 지점 (POS X)선을 가로지르는 역 기전력 전압(CV)은 회전자가 순방향으로 회전하기 시작한다면 영이 아닌 양의 값이다. 위치(Y)에서의 정지 상태 회전체에 대해서도 유사한 방법으로 생각해 볼 수 있다.

회전자가 정지 상태에 있는 지점(POS X)에서 모터의 권선 가지(A) 및 (C)에 2극 전압(A+ C-)을 인가하면 모터 토크가 최대값(2)이 되는데, 이 지점에서 헤드가 디스크에 접착하고 있지 않다면 모터 토크는 디스크를 정류 모드로 회전시킬 것이다. 이러한 모터 토크에서 디스크 스택이 회전하지 못하는 경우, 상기한 상들에 걸쳐 진동 주파수로 커뮤테이션을 행하여 연속적으로 상기 랜덤한 모터 토크를 적용시킴으로써, 디스크 표면에 접착하고 있는 트랜스듀서로 부터 디스크를 자유롭게하는데, 이 시점에서 디스크의 회전이 시작된다. 제 8 도에서 보는 바와같이, 지점(POS X)의 토크치(2) 또는 (5)중의 어느 한 값으로 디스크가 회전하는 경우, 디스크의 회전 방향은 제로 크로싱 뒤에서 역 기전력 전압(BV)의 극성에 의해서 결정된다. 지점(POS Y)에 대해서도 유사한 방법으로 생각해 볼 수 있다.

Claims (11)

1. 디스크 드라이브에 있어서, 적어도 하나의 하드 디스크를 갖는 하드 디스크 조립체(a hard disk assembly)와, 고정자 자극(stator poles)을 갖는 고정자 및 회전자 자극(rotor poles)을 갖는 회전자를 구비하고, 상기 하드 디스크 조립체를 회전시키는 다상 모터(a multi-phase motor)와, 적어도 하나의 트랜스듀서(transducer)를 장착하고, 상기 디스크의 표면을 따라 상이한 방사상 위치(radial position)로 이동하며, 상기 디스크의 상기 표면에 접촉하는 파크 위치(park position)로 상기 트랜스듀서를 이동시키는 이동가능한 트랜스듀서 액츄에이터 수단(movable transducer actuator means)으로서, 상기 적어도 하나의 트랜스듀서는 상기 파크 위치에서의 싱기 디스크의 상기 표면에 가끔 고정되고, 이로 인해 상기 이동가능한 트랜스듀서 액츄에이터 수단이 상기 하드 디스크 조립체의 상기 적어도 하나의 하드디스크에 접합되고, 상기 이동가능한 트랜스듀서 액츄에이터 수단과 상기 하드 디스크 조립체가 접합될 때 공진 주파수를 가지는, 상기 이동가능한 트랜스듀서 액츄에이터 수단과, DC 전원과, 모터 상(phase)의 개수에 1을 더한 수의 2배수와 동일한 다수의 연속적인 커뮤테이션(commutation) 사이클에서 상기 다상 모터의 연속적인 상으로 상기 DC 전원으로부터 실질적으로 상기 공진 주파수로 2 극성 전압을 커뮤테이션하여, 상기 적어도 하나의 트랜스듀서와 상기 적어도 하나의 트랜스듀서와의 고정을 깨기 위해 양방향 모터 토크 및 양방향 하드 디스크 조합체 토크를 제공하여 상기 하드 디스크 조립체가 상기 다상 모터에 의해 회전되게 하는 모터 제어 수단을 포함하는 디스크 드라이브.
2. 제1항에 있어서, 상기 양방향 모터 토크는 실질적으로 스텝(step)형 정현 토크 함수인 디스크 드라이브.
3. 트랜스듀서가 디스크의 표면에 고정되어, 공진 주파수를 갖는 고정된 트랜스듀서/디스크 조립체(a stuck transducer/disk assembly)를 형성했을 때 디스크 드라이브내의 다중 고정자 자극, 다상 DC 모터에 의해 구동되는 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법에 있어서, 임의의 모터 상(a random motor phase)으로 시작되는 상기 모터를 기동시키기 위해 사전결정된 수의 사이클 동안 상기 다상 모터의 연속적인 상으로 상기 공진 주파수의 제 1 근사치(a first approximation)로 제 1 주파수의 2 극성 DC 전력을 커뮤테이팅하는 단계와, 제로 크로싱(zero crossing)에 대해 다상 모터를 구동시키는 단계와, 상기 제 1 주파수의 상기 사전결정된 수의 사이클의 종료에서 역기전력 전압(back EMF voltage) 제로 크로싱이 검출되지 않을 때 상기 공진 주파수의 제 2 근사치로 제 2 주파수의 2 극성 DC 전력을 커뮤테이팅하는 단계와, 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클 동안 상기 다상 모터의 연속적인 상으로 상기 제 2 주파수로 상기 2 극성 DC 전력을 커뮤테이팅하는 단계와, 상기 다상 모터가 회전중인지를 판단하기 위해 제로 크로싱에 대해 상기 다상 모터의 역기전력 전압을 모니터링하는 단계를 포함하는 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 다상 DC 모터의 회전 방향을 나타내기 위해 제로 크로싱 이후 상기 역기전력 전압의 극성을 이용하는 단계를 더 포함하는 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 사전결정된 커뮤테이션 사이클 수는 모터 상에 1을 더한 수의 2 배수와 동일한 디스크의 회전을 자유롭게 하는 방법.
6. 트랜스듀서 액츄에이터의 트랜스듀서가 하드 디스크의 표면에 고정되어, 상기 트랜스듀서 액츄에이터와 상기 하드 디스크가 공진 주파수를 갖는 트랜스듀서 액츄에이터/하드 디스크 조립체로 접합될 때, 다상 모터를 활성화시키고 디스크 드라이브의 상기 하드 디스크를 회전시키기 위한 모터 제어 회로에 있어서,

   a. 무센서(sensorless) 다상 모터와,

   b. 모터 상에 하나의 모터 상을 더한 수의 2배수와 동일한 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클 동안 상기 무센서 다상 모터의 연속적인 상으로 DC 전원으로부터 2 극성 전압을 커뮤테이팅하여, 상기 트랜스듀서 액츄에이터/하드 디스크 조립체의 실질적인 공진 주파수로 양방향 모터 토커(torquers)를 제공하는 회로 수단과,

   c. 사전결정된 시간 간격 동안 상기 더하는 하나의 모터 상의 여기(excitation)를 유지하는 수단과,

   d. 상기 사전결정된 시간 간격 동안 상기 무센서 다상 모터의 역기전력 전압의 제로 크로싱을 센싱하여, 상기 모터가 회전중인지 여부를 나타내는 수단을 포함하는 모터 제어 회로.
7. 제6항에 있어서,

   a. 상기 양방향 모터 토크는 실질적으로 스텝형 정현 토크 함수인 모터 제어 회로.
8. 트랜스듀서 액츄에이터의 트랜스듀서가 하드 디스크의 표면에 고정되어, 상기 트랜스듀서 액츄에이터와 상기 하드 디스크가 공진 주파수를 갖는 트랜스듀서 액츄에이터/하드 디스크 조립체로 접합될 때, 다상 모터를 활성화시키고 디스크 드라이브의 상기 하드 디스크를 회전시키기 위한 모터 제어 회로에 있어서,

   a. 상기 트랜스듀서 액츄에이터/하드 조립체의 실질적인 공진 주파수롤 실질적인 스텝형 정현 모터 토크인 양방향 모터 토크를 제공하기 위해, 모터 상에 1을 더한 수의 2 배수와 동일한 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클 동안, 각 커뮤테이션 사이클에서 연속적인 모터 상으로, DC 전원으로부터 상기 공진 주파수의 제 1 근사치인 제 1 주파수로 2 극성 전압을 커뮤테이팅하기 위한 회로 수단으로서, 회전이 발생되는지를 검출하기 위해 상기 모터의 역기전력이 센싱되는 동안 최종 모터 상의 여기가 유지되는, 상기 회로 수단과,

   b. 상기 제 1 주파수로 상기 2 극성 전압이 공급될 때 상기 하드 디스크가 회전에 실패할 경우 상기 양방향 모터 토크를 증가시키기 위해, 상기 다상 모터의 역기전력 전압에 응답하여, 제 2 사전결정된 수의 사이클 동안 상기 공진 주파수의 제 2 근사치인 제 2 주파수로 상기 2 극성 전압의 주파수를 변경시키는 수단을 포함하는 모터 제어 회로.
9. 헤드/디스크 조립체의 트랜스듀서가 디스크의 표면에 고정되어, 고정된 헤드/디스크 조립체를 형성할 때, 디스크 드라이브의 헤드/디스크 조립체 내의 디스크 조립체를 자유롭게 회전시키기 위한 제어 시스템에서,

   a. 상기 디스크 조립체의 부분을 형성하는 것으로서, 상기 디스크 조립체를 회전시키기 위한 무센서 다상 모터와,

   b. 상기 모터의 상의 수의 2 배수와 동일한 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클 동안 상기 모터의 연속적인 상으로 소정 주파수로 2 극성 전압을 커뮤테이팅하고, 상기 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클의 최종 커뮤테이션 사이클의 최종 모터 상 이후에, 소정 시간 간격 동안 전압을 후속하는 모터 상에 인가 및 유지하는 모터 제어 회로와,

   c. 적어도 상기 시간 간격 동안 상기 모터의 역기전력 전압의 제로 크로싱을 센싱하여, 모터 회전이 존재하는지 여부를 나타내는 수단과,

   d. 상기 제로 크로싱 센싱 수단에 응답하여, 제로 크로싱이 센싱되지 않을 경우에, 연속되는 모터 상에서 상기 후속하는 모터 상을 따르는 모터 상으로 시작되는 제 2의 상기 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클동안 상기 모터의 연속적인 상으로 소정 주파수로 2 극성 전압의 제 2 커뮤테이션을 개시하는 수단을 포함하는 제어 시스템.
10. 헤드/디스크 조립체의 트랜스듀서가 디스크의 표면에 고정되어, 고정된 헤드/디스크 조립체를 형성할 때, 디스크 드라이브의 헤드/디스크 조립체 내의 디스크 조립체를 자유롭게 회전시키기 위한 제어 시스템에서,

    a. 상기 디스크 조립체의 부분을 형성하는 것으로서, 상기 디스크 조립체를 회전시키기 위한 무센서 다상 모터와,

    b. 상기 모터의 연속적인 상으로 소정 주파수로 2 극성 전압을 커뮤테이션하고, 상기 모터의 상의 수의 2배수와 동일한 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클을 개시하기 위해 상기 모터의 제 1 상으로 임의적으로 개시하며, 상기 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클의 최종 커뮤테이션 사이클의 최종 모터 상 이후에, 소정 시간 간격 동안, 상기 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클의 최종 커뮤테이션 사이클의 최종 모터 상을 따르는 상기 모터의 상기 제 1 상에 전압을 인가 및 유지하는 모터 제어 회로와,

    c. 적어도 상기 소정 시간 간격 동안 상기 모터의 역기전력 전압의 제로 크로싱을 센싱하여, 모터 회전이 존재하는지 여부를 나타내는 수단과,

    d. 상기 제로 크로싱 센싱 수단에 응답하여, 제로 크로싱이 센싱되지 않을 경우에, 제 2의 상기 사전결정된 연속적인 커뮤테이션 사이클에 하나의 모터 상을 더한 수의 사이클 동안, 상기 모터의 연속적인 상으로, 소정 주파수로 2 극성 전압의 제 2 커뮤테이션을 개시하여, 상기 모터의 상기 제 1 상을 따르는 상기 모터의 상을 시작하는 수단을 포함하는 제어 시스템.
11. 헤드/디스크 조립체의 트랜스듀서가 디스크의 표면에 고정되어, 고정된 헤드/디스크 조립체를 형성할 때, 디스크 드라이브의 헤드/디스크 조립체 내의 디스크 조립체를 자유롭게 회전시키기 위한 제어 시스템에서,

    a. 상기 디스크 조립체의 부분을 형성하여, 상기 디스크 조립체를 회전시키기 위한 무센서 다상 모터와,

    b. 상기 모터의 연속적인 상으로 선택된 주파수의 제 1 극성 전압을 커뮤테이팅하고, 상기 모터의 위상의 수의 2배수와 동일한 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클을 개시하기 위해 임의로 상기 모터의 제 1 상을 시작하고, 상기 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클의 최종 커뮤테이션 사이클의 최종 모터 상 이후에, 소정 시간 간격 동안, 상기 사전결정된 수의 커뮤테이션 사이클의 마지막 커뮤테이션 사이클의 마지막 모터 상을 따르는 상기 모터의 상기 제 1 상에 전압을 인가 및 유지하는 모터 제어 회로와,

    c. 적어도 상기 소정 시간 간격 동안 상기 모터의 역기전력 전압의 제로 크로싱을 센싱하여, 모터 회전의 존재 여부를 나타내는 수단과,

    d. 제로 크로싱이 발견되지 않을 때 제로 크로싱에 대한 각 센싱 이후에 상기 사전결정된 수의 연속적인 커뮤테이션 사이클의 사전결정된 배수 동안 리사이클링(recycling)하는 수단과,

    e. 제로 크로싱의 센싱 이후에 역기전력 전압의 극성을 센싱하여, 모터 회전 방향을 판단하는 수단과,

    f. 상기 역기전력 전압의 사전결정된 극성에 응답하여, 상기 모터를 회전시키기 위해 2 극성 전압을 커뮤테이팅하는 수단을 포함하는 제어 시스템.