JPH04304192A - モータの駆動制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサレス型モータの
駆動制御技術に関し、特に磁気ディスク装置用のスピン
ドルモータにおけるヘッドスティクションの防止および
起動性能の向上が可能とされるモータの駆動制御方法に
適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気ディスク装置用のスピンドル
モータとしては、たとえば励磁状態において電磁界を発
生するステータと、このステータとの電磁界的相互作用
により回転力を得るロータとを備えた直流ブラシレス型
モータが多く用いられ、半導体チップ化された電子回路
による回転制御が行われている。そして、この回転制御
には、磁電変換素子のホール素子を用いたホールセンサ
方式が現在最も多く使用されている。

【０００３】ところが、近年の急速な小型化および高容
量化が進むにつれて、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃ　Ｄｒ
ｉｖｅ　）などの磁気ディスクが小型化の傾向にあり、
それに伴って小径ディスク用のモータにおいては、ホー
ル素子を使用しないセンサレス方式が採用され、将来は
駆動方式の主力となることが予想される。

【０００４】たとえば、このセンサレス方式によるモー
タの駆動制御回路においては、たとえばモータの固有振
動数と同じ周波数の歩進動作、すなわちモータの逆起電
圧が現れる程度に回転力を与える動作によって電磁エネ
ルギーをロータの機械振動に変換した上、その周期を共
振周波数に実質上合致させることによってその振動を増
幅して回転させ、回転数が所定の回転数に達した後、ま
たは起動後所定時間経過した後に、ステータコイルによ
る逆起電力を波形処理することによってロータの回転位
置信号として代用し、ホール素子を用いることなくロー
タの回転制御が可能とされるものである。

【０００５】この場合に、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐ
ｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ　）コントロールタイプ
の駆動制御回路では、ＣＰＵによる制御によってヘッド
スティクション、すなわち磁気ディスクの表面がヘッド
によって損傷されることを防止するためにソフト的な対
応が採られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術においては、ヘッドスティクションへの対応
が採られているものの、外部のＣＰＵによるソフト的な
制御が低速度であるという欠点がある。

【０００７】そこで、本発明者は、ヘッドスティクショ
ンの防止機能を高速化するとともに半導体チップ内に内
蔵し、外部からの制御コントロールなしに電子回路上に
おけるヘッドスティクションの防止を考えついた。

【０００８】すなわち、本発明の目的は、特に磁気ディ
スク装置用のスピンドルモータにおけるヘッドスティク
ションの防止を図ることができるモータの駆動制御方法
を提供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、モータの起動
時における起動性能の向上を図ることができるモータの
駆動制御方法を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明のモータの駆動制御方法
は、励磁状態において電磁界を発生するステータと、こ
のステータとの電磁界的相互作用により回転力を得るロ
ータとを備え、ロータの固有振動数とほぼ同じ周波数の
歩進動作を行ってロータに回転力を付与して回転させ、
このロータの所定の回転数到達後にステータコイルの逆
起電力の検出により回転制御するセンサレス型モータの
駆動制御方法であって、歩進動作の前に、この歩進動作
の周波数に比べて高い周波数による初期歩進動作を行っ
てロータに微振動のみを発生させ、さらにこの初期歩進
動作後に歩進動作を行うものである。

【００１３】この場合に、前記初期歩進動作および歩進
動作の周波数を、線形的に所定の範囲で変化可能な所望
の周波数に設定するようにしたものである。

【００１４】

【作用】前記したモータの駆動制御方法によれば、歩進
動作の前に歩進動作の周波数に比べて高い周波数、また
は線形的に所定の範囲で変化可能な所望の歩進動作の周
波数に比べて高い周波数による初期歩進動作が行われる
ことにより、ロータに微振動のみを発生させてヘッドを
浮上させ、磁気ディスクに対するヘッドスティクション
を防止することができる。

【００１５】さらに、所定の休止区間でステータコイル
が逆励磁に反転された後に歩進動作を行なったときには
、およそ数倍のトルクアップによる起動をオープンルー
プで行うことができる。

【００１６】これは、初期歩進動作によるトルクと回転
角の関係が、その後の歩進動作のときに比べて約９０度
ずれるため、ロータが初期歩進動作のとき死点にあれば
その後の歩進動作のときに最大振幅となり、さらに磁束
密度変化幅が倍増されることによる。

【００１７】これにより、初期歩進動作によってヘッド
スティクションの防止を可能とし、かつ逆励磁後の歩進
動作によって回転トルクの増加による起動性能の向上を
図ることができる。

【００１８】

【実施例１】図１は本発明のモータの駆動制御方法の一
実施例である駆動制御回路を示す概略構成図、図２は本
実施例の駆動制御回路における各出力波形を示す波形図
、図３は本実施例の駆動制御回路における起動特性を示
す説明図、第４図は本実施例の駆動制御回路におけるト
ルク特性を示す説明図である。

【００１９】まず、図１により本実施例のモータの駆動
制御回路の構成を説明する。

【００２０】本実施例の駆動制御回路は、たとえば励磁
状態において電磁界を発生するステータと、このステー
タとの電磁界的相互作用により回転力を得るロータとを
備えたセンサレス型ブラシレスモータである磁気ディス
ク装置のスピンドルモータ用の駆動制御回路とされ、１
回目歩進発振器（ＯＳＣ：Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１、
２回目歩進発振器（ＯＳＣ）２、タイマー３、歩進タイ
ミング発生回路４、通電切換ロジック５、出力ドライバ
６および逆起電力検出回路７から構成され、出力ドライ
バ６の出力端子に３相駆動用のステータコイル８〜１０
が接続されている。

【００２１】そして、起動時には、図３に示すように２
回目歩進動作（歩進動作）の前に本発明の特徴である１
回目歩進動作（初期歩進動作）が行われ、そして所定の
休止区間で逆励磁に反転された後に２回目歩進動作が行
われ、さらに所定の回転数到達後に逆起電力の検出によ
って定常回転に制御されている。

【００２２】本実施例では、１回目歩進発振器１は、た
とえば２回目歩進周波数に比べて高いほぼ１０倍の５５
０Ｈｚの１回目歩進周波数（ｆ１　）を発生し、本発明
の特徴であるロータに微振動のみを発生させ、ヘッドを
浮上させて磁気ディスクとヘッドとのヘッドスティクシ
ョンを防止するものである。

【００２３】なお、１回目の歩進周波数（ｆ１　）は２
回目の歩進周波数（ｆ２　）のほぼ１０倍に設定してい
るが、４〜１２倍に設定する、好ましくは６〜１０倍に
設定することができる。

【００２４】２回目歩進発振器２は、１回目歩進周波数
を１／１０に分周し、たとえばモータの固有振動数とほ
ぼ同じ５５Ｈｚの２回目歩進周波数（ｆ２　）を発生し
、ロータの振動を増幅して回転させるものである。

【００２５】タイマー３は、１回目歩進、２回目歩進お
よびその間の所定の休止区間の時間を設定するものであ
る。

【００２６】歩進タイミング発生回路４は、１回目歩進
発振器１による１回目歩進周波数および２回目歩進発振
器２による２回目歩進周波数と、タイマー３による１回
目歩進、休止区間および２回目歩進の設定時間とをタイ
ミング的に調整するものである。

【００２７】通電切換ロジック５は、歩進タイミング発
生回路４による１回目歩進および２回目歩進と休止区間
とのステータコイル８〜１０の通電時間を切り換え、同
時に定常回転時の逆起電力の検出によって回転が制御さ
れるようになっている。

【００２８】出力ドライバ６は、通電切換ロジック５の
制御によってステータコイル８〜１０を通電または非通
電し、また休止区間でステータコイル８〜１０を逆励磁
に一瞬スイッチングするものである。

【００２９】逆起電力検出回路７は、所定の回転数への
到達後にステータコイル８〜１０の逆起電力を検出し、
通電切換ロジック５にフィードバックして所定の定常回
転に維持するものである。

【００３０】次に、本実施例の作用について、図２の波
形図に基づいて説明する。

【００３１】始めに、モータを起動させる場合には、１
回目歩進発振器１から出力される１回目歩進周波数（波
形ｆ１　）、たとえば１６ｍｓによる１回目歩進動作を
、スタート信号の入力と同時に、タイマー３の設定時間
（波形ｔ）による１回目歩進動作の時間だけ歩進タイミ
ング発生回路４の調整によるタイミング信号（波形Ｔ）
によって行う。

【００３２】この時、ステータコイル８〜１０には、通
電切換ロジック５および出力ドライバ６を通じて固有振
動数より１０倍の大きな周波数の電流（波形Ｕ，Ｖ，Ｗ
）が供給されるために、ロータの振動は増幅されずに単
に微小振動するのみであり、これによって磁気ディスク
とヘッドとのヘッドスティクションを解除することがで
きる。

【００３３】さらに、ヘッドスティクションが解除され
た状態において、出力ドライバ６によってタイマー３の
設定による所定の休止区間（波形ｔ）、たとえば１０ｍ
ｓでステータコイル８〜１０への電流方向をスイッチン
グし、１回目歩進動作の励磁方向に対して逆励磁に反転
させる。

【００３４】たとえば、図４に示すモータの電気角と回
転トルクとの測定によるトルク特性のように、１回目歩
進動作の停止位置、たとえばＡ点で停止した場合に、こ
の逆励磁への反転によって後述する２回目歩進動作を回
転トルクの数倍大きい位置から回転させることができる
。

【００３５】すなわち、１回目歩進動作では、たとえば
ステータコイル８〜１０の電流極性が“＋”または“−
”から“０”、“０”から“＋”または“−”に切り換
えられたのに対して、２回目歩進動作においては、“＋
”から“−”、または“−”から“＋”へ切り換えられ
るので、必ず死点を免れることになる。そして、トルク
アップによるモータの起動性能の向上が可能となる。

【００３６】続いて、逆励磁に反転された後、２回目歩
進発振器２から出力される２回目歩進周波数（波形ｆ２
　）による２回目歩進動作を１回目歩進動作と同様に行
う。この時、１回目歩進動作と異なり、ステータコイル
８〜１０に固有振動数とほぼ同じ周波数が供給されるた
めにロータの振動が増幅されて回転力が付与され、これ
によってロータを所定の方向に大きな回転トルクで回転
させることができる。

【００３７】さらに、ロータが定常回転に到達すると、
逆起電力検出回路７によってステータコイル８〜１０の
逆起電力が検出され、この逆起電力の出力信号が波形処
理され、従来のホール素子などのセンサを用いた場合と
同様にロータの同期を制御し、逆起電圧に対応した駆動
によって一定の回転数に制御することができる。

【００３８】従って、本実施例のモータの駆動制御回路
によれば、１回目歩進発振器１および２回目歩進発振器
２を備え、２回目歩進動作の前に１回目歩進動作を行う
ことにより、１回目歩進動作でロータに振動のみを発生
させることができるので、磁気ディスクとヘッドとのヘ
ッドスティクションの防止が可能となる。さらに、所定
の休止区間でステータコイル８〜１０が逆励磁に反転さ
れた後に２回目歩進動作を行うことにより、ロータのお
よそ数倍のトルクアップによって起動性能の向上を図る
ことができる。

【００３９】

【実施例２】図５は本発明のモータの駆動制御方法の他
の実施例である駆動制御回路の要部を示す概略構成図、
図６は本実施例の駆動制御回路の要部における各出力波
形を示す波形図である。

【００４０】本実施例の駆動制御回路は、実施例１と同
様にステータおよびロータを備えた磁気ディスク装置の
スピンドルモータ用の駆動制御回路とされ、図５に示す
ように積分器１１、電圧制御発振器（ＶＣＯ：　Ｖｏｌ
ｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏ
ｒ）１２、タイマー１３および切換スイッチ１４などか
ら構成され、実施例１との相違点は１回目歩進動作（初
期歩進動作）および２回目歩進動作（歩進動作）の周波
数が積分器１１および電圧制御発振器１２によって設定
される点である。

【００４１】すなわち、電圧制御発振器１２は、積分器
１１による出力電圧に対応してその出力周波数が可変さ
れ、図６に示す波形ｆのように発振周波数が線形的に所
定の範囲で可変可能とされ、たとえばその範囲内の実質
上５５０Ｈｚを１回目歩進周波数（ｆ１　）に設定し、
また実質上５５Ｈｚを２回目歩進周波数（ｆ２　）に設
定するものである。この場合に、波形ｔのようなタイマ
ー１３による時間設定と、切換スイッチの切換によって
波形Ｔのタイミング信号が得られ、１回目歩進および２
回目歩進が所望の周波数に設定されるようになっている
。

【００４２】従って、本実施例のモータの駆動制御回路
によれば、積分器１１および電圧制御発振器１２などに
よって１回目歩進および２回目歩進周波数を設定するこ
とができるので、実施例１と同様に１回目歩進動作によ
って逆回転および磁気ディスクとヘッドとのスティクシ
ョンを防止し、さらに２回目歩進動作によっておよそ数
倍のトルクアップによる起動性能の向上が可能となる。

【００４３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例１および２に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００４４】たとえば、前記実施例のモータの駆動制御
回路については、１回目歩進動作の周波数を５５０Ｈｚ
、２回目歩進動作の周波数を５５Ｈｚに設定した場合に
ついて説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、たとえば１回目歩進周波数については振動
が増幅されない、すなわち固有振動数に比べて大きい周
波数範囲内に設定すればよく、この場合に２回目歩進周
波数はほぼモータの固有振動数に設定することが望まし
い。

【００４５】また、駆動制御回路の構成については、図
１および図５の構成に限られるものではなく、特に１回
目歩進および２回目歩進周波数の設定回路については、
可変周波数発振器（ＶＦＯ：Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ　）を用いた回路
構成など、種々変更可能であることは言うまでもない。

【００４６】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野である磁気ディスク装置
用のスピンドルモータの駆動制御回路に適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、た
とえばレーザプリンタなどの他の装置に適用されるセン
サレス型ブレシレスモータの駆動制御回路についても広
く適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００４８】すなわち、歩進動作の前に、この歩進動作
の周波数に比べて高い周波数、または線形的に所定の範
囲で変化可能な所望の歩進動作の周波数に比べて高い周
波数による初期歩進動作を行うことにより、ロータに微
振動のみを発生させることができるので、磁気ディスク
とヘッドとのヘッドスティクションの防止が可能となる
。

【００４９】そして、初期歩進動作後の所定の休止区間
で、ステータコイルを逆励磁に反転させた後に歩進動作
を行うと、およそ数倍のトルクアップによる起動を行う
ことができるので、起動性能の向上が可能となる。

【００５０】この結果、特に磁気ディスク装置用のスピ
ンドルモータに適用した場合のヘッドスティクションの
防止を図ることができ、かつ回転トルクの増加による起
動性能の向上が可能とされるモータの駆動制御方法を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータの駆動制御方法の実施例１であ
る駆動制御回路を示す概略構成図である。

【図２】実施例１の駆動制御回路における各出力波形を
示す波形図である。

【図３】実施例１の駆動制御回路における起動特性を示
す説明図である。

【図４】実施例１の駆動制御回路におけるトルク特性を
示す説明図である。

【図５】本発明のモータの駆動制御方法の実施例２であ
る駆動制御回路の要部を示す概略構成図である。

【図６】実施例２の駆動制御回路の要部における各出力
波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１　　１回目歩進（初期歩進）発振器 ２　　２回目歩進（歩進）発振器 ３　　タイマー ４　　歩進タイミング発生回路 ５　　通電切換ロジック ６　　出力ドライバ ７　　逆起電力検出回路 ８　　ステータコイル ９　　ステータコイル １０　　ステータコイル １１　　積分器 １２　　電圧制御発振器 １３　　タイマー １４　　切換スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　励磁状態において電磁界を発生するス
   テータと、該ステータとの電磁界的相互作用により回転
   力を得るロータとを備え、前記ロータの固有振動数とほ
   ぼ同じ周波数の歩進動作を行い該ロータに回転力を付与
   して回転させ、該ロータの所定の回転数到達後にステー
   タコイルの逆起電力の検出により回転制御するセンサレ
   ス型モータの駆動制御方法であって、前記歩進動作の前
   に該歩進動作の周波数に比べて高い周波数による初期歩
   進動作を行い前記ロータに微振動のみを発生させ、さら
   に該初期歩進動作後に前記歩進動作を行うことを特徴と
   するモータの駆動制御方法。
2. 【請求項２】　　前記初期歩進動作および歩進動作の周
   波数を、線形的に所定の範囲で変化可能な所望の周波数
   に設定することを特徴とする請求項１記載のモータの駆
   動制御方法。
3. 【請求項３】　　前記初期歩進動作後の所定の休止期間
   で、前記ステータコイルを逆励磁に反転させることを特
   徴とする請求項１記載のモータの駆動制御方法。