JPH04347590A - スピンドルモータのサーボ装置および回転速度監視装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁気ディスク等の情
報の記録，再生，消去を行う記録再生装置で使用するの
に好適なスピンドルモータのサーボ装置および回転速度
監視装置に係り、特に、モータの回転子を構成する磁石
の着磁状態に誤差がある場合でも、着磁誤差を除去して
正確な回転速度制御と速度監視とを可能にしたサーボ装
置および回転速度監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気ディスク装置では、ディス
ク状記憶担体を回転駆動するために、スピンドルモータ
が使用されている。例えば、磁気ディスク装置において
は、その回転数は、約２，０００〜４，０００ｒｐｍで
あり、一定の回転数を維持するために、モータの回転速
度を制御するサーボ機能が付加されている。

【０００３】図３は、磁気ディスク装置のスピンドルモ
ータの周辺について、要部構成の一例を示す側面図であ
る。図において、１はスピンドルモータで、１ａはその
固定子（界磁巻線）、１ｂは回転子（磁石）、２はフラ
ンジ部、３はハブ、４はデッキ、５と６は記憶媒体であ
る磁気ディスク、７はスペーサを示す。

【０００４】この図３に示すように、磁気ディスク装置
では、スピンドルモータ１は、そのフランジ部２でデッ
キ４に固定される。また、このフランジ部２には、巻線
から構成される固定子１ａが組付けられており、それに
対向する磁石が回転子１ｂとして配置されて、回転され
る。また、記憶媒体である磁気ディスク５，６は、スペ
ーサ７で相互に分離された状態で、ハブ３上にセットさ
れる。なお、極数は、Ｎ極とＳ極を１組とすると、２〜
４組程度である。

【０００５】ところで、このスピンドルモータ１の場合
に、従来の回転速度制御方式では、回転子１ｂを構成す
る磁石に着磁誤差が存在することによって、速度制御上
に問題が生じる。

【０００６】図４は、回転子１ｂを構成する磁石の着磁
状態の一例を示す上面図である。図において、ＮとＳは
回転子１ｂの磁石、α１　とα２は着磁角度誤差を示し
、破線は実際の着磁状態を示す。

【０００７】この図４では、Ｎ極とＳ極とで構成される
４組の磁石が設けられている場合について示している。 理想的には、実線で示すように着磁されるが、実際には
、破線で示すように着磁されてしまうので、着磁角度誤
差α１　，α２　が生じる。このようなスピンドルモー
タの回転磁石の着磁誤差は、製造上不可避である。

【０００８】一方、磁気ディスク装置の場合、モータの
トルクに比べて、その負荷慣性が大きいので、通常、回
転数を一定に維持するためのサーボ装置に要求される応
答性能は、比較的低くてよい。そこで、サーボ系の構成
も簡易化され、固定子（界磁巻線）の磁極を制御するた
めの検出器（一般的に、ホール効果を応用した要素）を
使用して、その回転数の検出を行っている。すなわち、
応答性能が高い場合に採用される要素、具体的には、回
転子（磁石）の磁極の変化を検出するためのセンサーや
巻線等の付加的な要素が省略されている。また、周波数
発電器（ＦＧ）等も不要である。

【０００９】図５は、固定子１ａを構成する界磁巻線と
、ホール素子との配置状態の一例を示す上面略図である
。図において、Ａ〜ＣとＡ′〜Ｃ′は巻線、８ａ〜８ｃ
はホール素子を示す。

【００１０】この図５では、３相の巻線Ａ〜ＣとＡ′〜
Ｃ′の場合について示しており、中心点に対してそれぞ
れ対抗する反対位置に、巻線ＡとＡ′，ＢとＢ′，Ｃと
Ｃ′の２個１対の巻線が配置されている。また、回転子
の磁極を検出するために、３個のホール素子８ａ〜８ｃ
が、巻線Ａ′とＢ′，Ｂ′とＣ′，Ｃ′とＡの間に設け
られている。

【００１１】図６は、図５に示した固定子巻線の励磁タ
イミングとホール素子の検出信号について、その一例を
示すタイムチャートである。図において、Ｓａ〜Ｓｃ　
は第１〜第３のホール素子８ａ〜８ｃの検出信号、Ａ〜
Ｃは３相の巻線の電流を示す。

【００１２】３相の巻線Ａ〜Ｃに電流を流すと、モータ
が回転され、回転に伴って、この図６の上方にＳａ　〜
Ｓｃ　で示すようなタイミングで、ホール素子８ａ〜８
ｃの検出信号ホール素子の検出信号Ｓａ　〜Ｓｃ　が変
化する。 この場合に、３個のホール素子８ａ〜８ｃの検出信号Ｓ
ａ　〜Ｓｃ　の状態と、回転方向に応じて、巻線Ａ〜Ｃ
へ供給する電流のタイミング、すなわち、励磁パターン
が決定される。

【００１３】その励磁パターンに従って、固定子を構成
する巻線Ａ〜ＣとＡ′〜Ｃ′に、励磁電流が印加される
。この図６の場合には、各ホール素子８ａ〜８ｃの検出
信号の周期は、回転子９０°当り１周期になっている。

【００１４】この図５と図６で説明したような、簡易化
された検出手段による回転速度信号には、回転子（磁石
）の極数に応じた信号が表れることになる。そのため、
検出手段から取り出される信号は、この組数と同一数の
周期を有することになる。

【００１５】そして、その回転速度信号の１周期は、回
転速度に反比例する。ところが、この回転速度信号には
、大きな誤差として、先の図４に説明したように、回転
子（磁石）の着磁位置の誤差が存在する。その誤差量は
、１回転３６０°に比べて、大きい場合には２〜３°と
なり、極数が多い程、この誤差（角度の大きさ）が比例
的に大きくなる。

【００１６】図７は、着磁誤差のある回転子のスピンド
ルモータにおいて、ホール素子によって検出される１相
の検出信号の一例を示すタイムチャートである。図の横
軸は機械角で、縦軸の方向に第１周期から第４周期まで
を示す。

【００１７】この図７では、モータの実際の１回転で、
４周期の信号が検出される一例を示しており、４周期の
合計３６０°は一定である。しかし、各周期およびデュ
ーティ比は、誤差の影響を受ける。例えば、第１周期で
は、機械角４５°に対して、着磁誤差により検出信号が
遅れており、また、第２周期では、機械角４５°に対し
て、逆に進んでしまう。この図７は一例であるが、機械
角９０°においても、検出信号に進みや遅れが生じる。

【００１８】このような誤差をもった回転速度情報を用
いてサーボ制御を行う従来の速度制御方式では、着磁誤
差に伴って不要な制御量が発生するので、モータの発生
するトルクに脈動を生じ、１回転の周期は一定であるが
、１回転内において微小な回転速度変動や異音となって
不具合が表れる。他方、磁気ディスク装置においては、
回転速度の１％以下の精度が要求されるので、先の回転
速度信号の１周期を計測するだけでは、回転速度の良否
の判定が不可能になる。

【００１９】以上のように、従来のスピンドルモータで
は、回転子を構成する磁石の着磁誤差によって、正確な
回転速度情報が得られないので、１％以下のような高精
度の制御が行えない、という不都合があった。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】この発明では、従来の
スピンドルモータのサーボ装置におけるこのような不都
合を解決し、回転子を構成する磁石に着磁誤差があって
も、正確な回転速度制御が行えるようにしたスピンドル
モータのサーボ装置および回転速度監視装置を提供する
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明では、第１に、
ディスク状記憶担体を回転駆動するスピンドルモータに
おいて、回転子である磁石の極性変化に伴って１回転当
り２周期以上の信号を発生する回転数信号発生器と、前
記回転数信号によって実１回転当りの所要時間を算出す
る実所要時間算出手段と、前記実所要時間と目標回転数
所要時間とによって回転速度を制御する速度制御手段、
とを備え、前記実所要時間と目標回転数所要時間との差
に応じて回転速度の制御を行うように構成している。

【００２２】第２に、ディスク状記憶担体を回転駆動す
るスピンドルモータにおいて、回転子である磁石の極性
変化に伴って１回転当り２周期以上の信号を発生する回
転数信号発生器と、前記回転数信号によって実１回転当
りの所要時間を算出する実所要時間算出手段、とを備え
、前記実所要時間によって回転速度の良否を判定するよ
うに構成している。

【００２３】第３に、ディスク状記憶担体を回転駆動す
るスピンドルモータにおいて、回転子である磁石の極性
変化に伴って１回転当り２周期以上の信号を発生する回
転数信号発生器と、前記回転数信号によって実１回転当
りの所要時間を算出する実所要時間算出手段と、前記実
所要時間と目標回転数所要時間とによって回転速度を制
御する速度制御手段と、前記実所要時間によって回転速
度の良否を判定する速度良否判定手段、とを備えた構成
である。

【００２４】

【作用】この発明のスピンドルモータのサーボ装置およ
び回転速度監視装置では、回転子を構成する磁石に着磁
誤差があっても、正確な回転速度制御が行えるように、
モータが１回転に達するまで回転速度信号を測定して、
回転速度の良否を判定するようにしている。

【００２５】

【実施例】次に、この発明のスピンドルモータのサーボ
装置および回転速度監視装置について、図面を参照しな
がら、その実施例を詳細に説明する。

【００２６】図１は、この発明のサーボ装置について、
その要部構成の一実施例を示す機能ブロック図である。 図において、１１はマイクロコンピュータで、１１ａは
そのプログラム格納部、１１ｂはＰＷＭ機能部、１１ｃ
は計時機能部、１２はフィルタ、１３はモータドライバ
、１４はスピンドルモータを示し、また、Ｓ１は感度切
換え信号、Ｓ２は電流制御信号、Ｓ３は回転方向信号、
Ｓ４は回転パルス（１相のホール検出信号）、Ｓ５は駆
動電流、Ｓ６は回転位相信号を示す。

【００２７】マイクロコンピュータ１１は、例えばＭ３
７４５０形で構成され、プログラム格納部１１ａと、Ｐ
ＷＭ機能部１１ｂと、計時機能部１１ｃとを有している
。そして、プログラム格納部１１ａのプログラムに従っ
て、後出の図２に示すような制御を行う。

【００２８】最初に、速度制御の動作について説明する
（請求項１と請求項３の発明）。まず、スピンドルモー
タ１４が回転されると、計時機能部１１ｃによって回転
パルスＳ４の１周期を計時する。プログラム格納部１１
ａのプログラムは、回転パルスＳ４の立上り毎に割込み
によって起動される。

【００２９】計時されたデータは、プログラム格納部１
１ａを介してＰＷＭ機能部１１ｂへ出力される。このＰ
ＷＭ機能部１１ｂには、各周期分（例えば図７の場合に
は４周期分）の計時データを記憶するメモリが設けられ
ており、これらの各周期毎の計時データがそれぞれの領
域に書き込まれて記憶される（なお、メモリとしては、
この他に加算結果のデータを記憶するメモリ等も設けら
れている）。

【００３０】ＰＷＭ機能部１１ｂでは、これらの各周期
毎の計時データを加算して、スピンドルモータ１４の実
際の１回転の計時データを計算する。次に、この実際の
１回転の計時データと、予め設定された目標データ（１
回転の時間データ）とから、制御量を計算する。この制
御量は、１回転当りの誤差である。

【００３１】そして、この制御量と、予め設定された係
数、すなわち、１回転当りの誤差の値に比例してモータ
１４への駆動電流を発生させる係数とを乗算して、ＰＷ
Ｍ値を演算し、同様に、内部のメモリに書き込む。

【００３２】以上のような動作によって、スピンドルモ
ータ１４の実際の１回転における全周期、例えば、４周
期毎の各周期の計時データの和と、目標の１周期データ
との誤差（制御量）が演算され、フィルタ１２を介して
、その回転周期誤差を補正する回転速度の電流値を指示
する電流制御信号Ｓ２が、モータドライバ１３へ出力さ
れる。

【００３３】したがって、スピンドルモータ１４は、着
磁誤差に関係のない駆動電流Ｓ５によって励磁されるこ
とになる。なお、感度切換え信号Ｓ１や回転位相信号Ｓ
６等は、従来の装置と同様の信号である。

【００３４】以上のように、この発明のスピンドルモー
タのサーボ装置では、ソフト的な処理、すなわち、プロ
グラム機能を用いて、実１回転の周期に相当する各回転
パルスの周期データの記憶と、それらの加算とを行って
いるので、着磁誤差に影響されない速度制御が可能にな
る。

【００３５】次に、速度監視の動作について説明する（
請求項２と請求項３の発明）。例えば、回転周期の精度
が１％以内であれば、先に求めた実１回転の周期データ
を、「−１％回転周期」および「＋１％回転周期」とそ
れぞれ比較し、その範囲内にあめかどうかによって、回
転速度の良否を判定する。このように、実１回転の周期
データを、回転速度の良否に使用することによって、一
層精度の高い判定が可能になる。

【００３６】ここで、この発明のスピンドルモータのサ
ーボ装置について、回転速度制御と速度監視時のフロー
を示す。図２は、この発明のスピンドルモータのサーボ
装置において、回転速度制御と速度監視時の主要な処理
の流れを示すフローチヤートである。図において、＃１
〜＃９はステツプを示す。

【００３７】スピンドルモータの回転パルスの立上りで
、この図２のフローがスタートし、ステツプ＃１で、計
時データを読み出す。次のステツプ＃２で、周期毎のデ
ータを記憶するメモリエリアへ計時データを書き込む。

【００３８】次に、速度制御の処理に移る。ステツプ＃
３へ進み、第１から第４周期のデータを加算する。ステ
ツプ＃４で、目標周期から実１回転データを減算し、制
御量を算出する。

【００３９】ステツプ＃５で、算出された制御量に係数
を乗算して、ＰＷＭを演算する。ステツプ＃６で、演算
されたＰＷＭ値を書き込む。以上のステツプ＃３〜＃６
が、制御のフローである。

【００４０】次に、回転速度の良否について判定を行う
。ステツプ＃７へ進んで、制御量が規定範囲である（−
１％回転周期）と（＋１％回転周期）の間の値であるか
否かについて判断する。このステツプ＃７の判断で、制
御量が規定範囲内にあれば、次のステツプ＃８へ進み、
回転速度が良好の機能を有している装置と判定する。

【００４１】もし、このステツプ＃７の判断で、制御量
が規定範囲外であれば、ステツプ＃９へ進み、回転速度
が不良な機能を有している装置と判定する。以上のステ
ツプ＃７〜＃９が、回転速度の良否の判定のフローであ
る。

【００４２】この発明のスピンドルモータのサーボ装置
では、以上のような動作によって、回転子を構成する磁
石の着磁誤差の影響が取り除かれ、正確な速度制御と速
度監視とが可能になる。なお、この図２のフローでは、
回転パルスの発生毎（例えば１回転を３周期や４周期に
分けた１周期毎）に、その計時データをメモリへ記憶さ
せている場合を示しているが、モータの応答性が満され
るときは、全ての周期データが得られる実１回転毎に、
各周期の計時データを記憶させて加算してもよい。

【００４３】

【発明の効果】この発明では、サーボ装置が、プログラ
ム処理等のソフト的な動作で、実１回転の周期に相当す
る各回転パルスの周期データの記憶と、それらの加算と
を行って目標速度との差を検出し、誤差に対応する駆動
電流を出力させているので、着磁誤差を取り除いた制御
が可能になる（請求項１の発明に対応する効果）。

【００４４】また、実１回転の周期データを生成して、
その周期データを回転速度の良否の判定に使用している
ので、高い精度の判定が可能になる（請求項２の発明に
対応する効果）。

【００４５】さらに、実１回転の周期に相当する周期デ
ータによって、速度制御と回転速度の良否の判定を行っ
ているので、回転子の着磁誤差に影響されない高い精度
の速度制御と速度監視とが可能になる（請求項３の発明
に対応する効果）、等の多くの優れた効果が奏せられる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のサーボ装置について、その要部構成
の一実施例を示す機能ブロック図である。

【図２】この発明のスピンドルモータのサーボ装置にお
いて、回転速度制御と速度監視時の主要な処理の流れを
示すフローチヤートである。

【図３】磁気ディスク装置のスピンドルモータの周辺に
ついて、要部構成の一例を示す側面図である。

【図４】回転子１ｂを構成する磁石の着磁状態の一例を
示す上面図である。

【図５】固定子１ａを構成する界磁巻線と、ホール素子
との配置状態の一例を示す上面略図である。

【図６】図５に示した固定子巻線の励磁タイミングとホ
ール素子の検出信号について、その一例を示すタイムチ
ャートである。

【図７】着磁誤差のある回転子のスピンドルモータにお
いて、ホール素子によって検出される１相の検出信号の
一例を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１１　　マイクロコンピュータ １１ａ　　そのプログラム格納部 １１ｂ　　ＰＷＭ機能部 １１ｃ　　計時機能部 １２　　フィルタ １３　　モータドライバ １４　　スピンドルモータ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ディスク状記憶担体を回転駆動するス
   ピンドルモータにおいて、回転子である磁石の極性変化
   に伴って１回転当り２周期以上の信号を発生する回転数
   信号発生器と、前記回転数信号によって実１回転当りの
   所要時間を算出する実所要時間算出手段と、前記実所要
   時間と目標回転数所要時間とによって回転速度を制御す
   る速度制御手段、とを備え、前記実所要時間と目標回転
   数所要時間との差に応じて回転速度の制御を行うことを
   特徴とするサーボ装置。
2. 【請求項２】　　ディスク状記憶担体を回転駆動するス
   ピンドルモータにおいて、回転子である磁石の極性変化
   に伴って１回転当り２周期以上の信号を発生する回転数
   信号発生器と、前記回転数信号によって実１回転当りの
   所要時間を算出する実所要時間算出手段、とを備え、前
   記実所要時間によって回転速度の良否を判定することを
   特徴とする回転速度監視装置。
3. 【請求項３】　　ディスク状記憶担体を回転駆動するス
   ピンドルモータにおいて、回転子である磁石の極性変化
   に伴って１回転当り２周期以上の信号を発生する回転数
   信号発生器と、前記回転数信号によって実１回転当りの
   所要時間を算出する実所要時間算出手段と、前記実所要
   時間と目標回転数所要時間とによって回転速度を制御す
   る速度制御手段と、前記実所要時間によって回転速度の
   良否を判定する速度良否判定手段、とを備えたことを特
   徴とするサーボ装置。