JPS6028238B2 - ボイスコイルモ−タ−制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はボイスコイルモータ制御方式に関し、特にディ
スクパック装置のライト／リードヘッドの駆動用モータ
ーとして使用されるボイスコイルモーター駆動制御方式
に関する。

最近の大量情報を処理するコンピュータシステムにおい
てランダムアクセス・ファイルは不可欠なものであり、
ファイルの性能がシステムの性能を左右するといっても
過言ではない。

ディスクパック装置は大記憶容量が得られ、且つ記憶媒
体であるバックが交換可能であること、比較的高速アク
セスが可能であることなどの理由により、ランダムアク
セス・ファイルの主流的位置を占めるに至っており、な
おその性能向上が強く要求されている。この性能向上の
要素として１つにディスクのトラック密度を増大し記憶
容量をさらに増加させること、またもう１つにはリード
ノライトヘツドの駆動を高速化しアクセスタイムの向上
を計ること等が挙げられる。本発明は前述の性能向上の
要素のうち特に後者につにて従来の欠点を改善せんとす
るものである。ここで前記ディスクパック装置の構造に
ついて簡単に触れておく。

第１図はディスクパック装置とその周辺回路を概略的に
示す図である。本図において１は情報を記憶するディス
クであり、これを同一中心軸上に複数段積み重ねてディ
スクパック装置の記憶部を形成する。このディスク１の
各々は微小間隔を持って多数のトラックが同心円状に配
置される。２はこのディスク１上の指定のトラックに対
し所望の情報の記録再生を行なうリード／ライトヘッド
である。

リードノライトヘツド２は複数のデイスクーの表裏に対
応して設けられ且つ支持台車３により一体に把持され、
この支持台車３はしール４の上を移動する。これにより
リードノラィトヘツド２はディスク１の円に対し直交す
る方向に自由に前進後退出来、指定のトラックを短時間
に捕えることが出来る。また一般的には複数段積み重ね
たディスクーのうちほぼ中央に配置された該ディスクの
片面をトラック位置検出のために供し、サーボディスク
１′として利用している。従ってこれに相対向するりー
ド／ライトヘッド２はリードヘッド２′として作用しト
ラックの位置情報を制御部５に送出する。一方支持台車
３はこの制御部５によって駆動制御されるボイスコイル
モーター（以下Ｖ・Ｃ・Ｍと略す）６によって前進後退
駆動され、レール４上を直線的に移動するコイル７の他
端に取り付けられた速度検出器８からの速度情報もまた
後述する方法で制御部５において処理される。中央演算
装置（ＣＰＵ）９からの出力も制御部５に入力されリー
ドノラィトヘツド２が停止すべきディスク１上のトラッ
クを指定する。

前記制御部５はさらに関数発生器（後に詳述）を内蔵し
ており、この関数発生器はリード／ライトヘッド２がデ
ィスク１上に移動すべき最適且つ最高速度ならびに指定
のトラック近傍での最高減速速度を指定する。勿論この
指定速度は次に停止すべきトラックまでの距離に応じて
最適に制御される。しかしながら前記関数発生器からの
指定速度カーブの形は現在数種類あるがこれらのいずれ
においても次に述べる共通の欠点を有している。一般的
に前記指定速度カーブはＶ・Ｃ・Ｍ６に印加しうる最高
電圧（通常は諸条件を考慮して５増段〔Ｖ〕程度）およ
びＶ・Ｃ・Ｍ可動系の最小機械定数をもって設定するこ
とが好ましい。ところが実際には約１０％程度の電源電
圧変動（低下）によりあるいは使用中の温度上昇に伴う
コイル抵抗の増大により誘起される最大約１０％程度の
Ｖ・Ｃ・Ｍ可動系固有の機械定数の増大等によってＶ・
Ｃ・Ｍに規定の最高電圧が印加されないことによりある
いはＶ・Ｃ・Ｍの機械定数の増大によってＶ・Ｃ・Ｍの
可動系が規定の迅速な動作を行なわないという事態を招
いている。このような事態から当然生ずる結果としてリ
ードノラィトヘッド２の移動速度低下によるアクセスタ
イムの悪化が挙げられるがさらに悪い結果として該リー
ド／ライトヘッドが指定のトラックを捕えることが出来
ず誤動作を生じてしまうことである。これはトラック近
傍での減速時において印加電圧が低下したことにより発
生するＶ・Ｃ・Ｍのブレーキ力が不足したことあるいは
Ｖ・Ｃ・Ｍ可動系の機械定数が増大したことにより発生
する該可動系の慣性力が増加したことによって前記指定
遼度カーブに最早退随し得なくなったものと考えられる
。従って前述した数種類の指定速度カーブのいずれにお
いても各時間における速度を所定の値だけ予め下げてお
かなければならないという欠点があった。すなわち前記
指定速度カーブの最高指定速度はＶ・Ｃ・Ｍに最高電圧
を印加したときに得られる速度より小とし、また指定ト
ラック近傍での減速時において付与しうる最高の負の加
速度よりも小さい該負の加速度に前記指定速度カーブを
設定しておかなければならない欠点があった。これはＶ
・Ｃ・Ｍ制御部５等のコストパーフオーマンスの低下を
意味するものである。本発明は前記欠点を除去したＶ・
Ｃ・Ｍ制御方式の提供を目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するため電源電圧の変動あるい
は前記コイルの温度変動をそれぞれ帰還量とするフィー
ドバック回路を前記制御部５にもたせたことを特徴とす
るものである。

次に図面に従って本発明を詳細に説明する。

第２図は第１図に示したＶ・Ｃ・Ｍ６の断面構造を示す
。ただしＶ・Ｃ・Ｍ６に併設されている速度検出器８（
第１図）は、コイル７に取付けた永久磁石とこれを取り
巻く検出コイルとを有しビオサバールの法則に基づき速
度に比例した検出電圧を該検出コイルより得る形式のも
ので周知であるからその記載を省略した。本図において
円筒形もしくは箱形の永久磁石１０より発生した磁束１
１はリング状もしくは矩形の磁極１２、円柱状の鉄心１
３および円形もしくは角形の磁極１４よりなる閉磁路を
通過する。一方コイル７は円形の微少間隙１５内に出入
自在にガイドされながら移動する。この移動力は磁極１
２および鉄心１３の間に生ずる磁束とコイルに通電され
た電流との間の電磁力によって発生する。従ってコイル
７の移動方向はコイル７に通電される直流電流の方向を
切換えることにより前進および後退が容易に得られるこ
とになる。またこの移動力すなわち加速力および減速力
（ブレーキ力）の大きさは前記直流電力値の大きさによ
って決定される。この直流電流の大きさならびに方向は
第３図においてＶ・Ｃ・Ｍ６に接続する直流電力増幅器
２１によって印加される。さらに直流電力増幅器２１は
差動増幅器２２によって制御される。すなわち該差動増
幅器２２はその第１入力に印加された関数発生器２３の
出力電圧とその第２入力に印加された速度検出器８から
の検出電圧との差電圧に比例した制御信号を前記直流電
力増幅器２１に送出する。第３図に示したブロックダイ
アグラムのうち関数発生器２３についてもう少し詳しく
説明する。第４図は関数発生器２３の構成を示すブロッ
クダイアグラムである。前述したように関数発生器は指
定速度カーブを与える機能を有しており、またこの指定
速度カーブは現在リードノラィトヘッド２がある現在ト
ラックとＣＰＵ９により指定された目標トラックとの距
離差に応じて変化する。ＣＰＵ９により指定されたトラ
ックのアドレスはしジスタ３１に一担記憶されさらにこ
の指定アドレスは関数発生器２３内の減算カウンタ３２
の第１入力に印加される。一方この減算カウンタ３２の
第２入力にはリードヘッド２′（第１図）より送出され
たりード／ライトヘッド２の現在位置アドレスが印加さ
れる。減算カウンタ３２より出力された目標トラックの
アドレスとりード／ライトヘッドが現在ある位置のアド
レスとの差はＤ／Ａコンバータ３３に入力されアナログ
量に変換される。従ってリード／ライトヘッドがアクセ
スを開始してから目標トラックに達するまでの間Ｄ／Ａ
コンバータ３３の出力は第５図に示すＬ，，−のように
変化する。本図において縦軸Ｖ斑はＤ／Ａコンバータの
出力電圧、横軸ｔは経過時間である。ただしグラフＬは
目標トラック迄のアドレス差が大きいときに得られるカ
ーブを示し、グラフＬ２は該アドレス差が小さいときに
得られるカーブを示す。このグラフＬ，あるいはＬ２が
前記指定速度カーブに相当するものであり、コイル７は
この指定速度カーブに沿って移動する。然し実際にＬ，
あるいはＬ２の如く直線的に速度を変化させることは正
確にトラックを捕捉するために好ましくなくまた前記ア
ドレス差が大きいからといって不必要にＶ３３を増大さ
せてもさほど時間短縮にはならずこれらに要素の兼ね合
いをみてノＶ３３なるカーブが実用に供されている。こ
のノＶ３３なるカーブはＤ／Ａコンバータ３３（第４図
）の出力を非線形回路３４に入力することにより得られ
る。第５図においてグラフＬ３がこのノＶ３３なるカー
ブを示し、このＬが実用的な指定速度カーブとなる。再
び第３図に従って説明する。

差動増幅器２２の第１入力には関数発生器２３からの入
力Ｌ３（第５図）が入力され、第２入力には速度検出器
８からの検出電圧が入力されこれらは１目で見ると第６
図に示すような関係になる。本図においてＶ２３は関数
発生器２３から出力電圧すなわち指定速度カーブであり
、ＶＢは速度検出器８からの検出電圧である。また縦軸
に電圧Ｖ２３およびＶ８をとり横軸にデータアクセス開
始からの経過時間ｔをとった。なお前述したように指定
速度カーブの形には数種類あり第７図および８図に示す
ような形もあるが、本発明の実施はこれら指定速度カー
ブの形の如何を問わないことは後述の説明で明白になる
ものと思われる。第６図においてデータアクセス開始時
点（ｔ＝０）近傍では電圧Ｖ２３およびＶ８の差は△Ｖ
，と大きく直流電力増幅器２ １は正極性の直流大電力
をＶ・Ｃ・Ｍ６のコイル７に印加し、Ｖ・Ｃ・Ｍ６のコ
イル７は高速で加速される。これに伴い速度検器８から
の電圧Ｖ８も急速に上昇し電圧Ｖ２３およびＶ８の差△
Ｖ２は小さくなるがなおコイル７は加速され続ける。さ
らに加速して電圧Ｖ８が電圧Ｖ２３に達してもちコイル
７および支持台車３（第１図）の慣性でＶ８はさらに上
昇する。このとき差電圧△３（第６図）の極性が変わり
、直流電力増幅器２１‘ま負極性の直流電力をＶ・Ｃ・
Ｍ６のコイルに印加するので該コイル７には急速にブレ
ーキがかけられ指定速度カーフＶ２３に再び近付く。こ
のような操作を繰返して指定速度カーブに限りなく追随
し目的のトラックに到達するのである。ところが指定速
度カーブの減速時において電源電圧の変動（低下）があ
ると直流電力増幅器２１よりＶ・Ｃ・Ｍ６のコイル７に
印加される十分大きな負の直流電力（ブレーキ力）が得
られずつし、には第６図の一点頭線Ｖ８′のように全く
指定速度カーブに追随することなく速度０に至るのであ
る。

またコイルの温度上昇によりコイル抵抗が増大したとき
もＶ・Ｃ・Ｍ６可動系の機械時定数の増加により−点鎖
線Ｖ８′のようなルートを辿るのである。この結果がデ
ータアクセスにおける誤動作を招くことは前述のとおり
である。またこれを防止するため指定速度カーブＶ３を
二点鎖線Ｖ３′のように多少レベルを下げて使用しＶ・
Ｃ・Ｍ制御系のコストパーフオーマンスを低くしている
ことも前述のとおりである。本発明に基づく１実施例を
第９−１図にブロクダイアグラムにて示す。

本図より明白なように直流電源電圧の印加されている直
流電力増幅器２１より線４１を介して関数発生器２３に
フィードバックをかけ、関数発生器２３の出力ゲインを
変化させ指定速度カーブを変化させている。つまり電源
電圧が規定の最高電圧にあるときはアクセスタイムを最
も短縮出来る指定速度カーブＶ２３（第６図）の状態で
コイル７を制御し、一方電源電圧が低下したときは関数
発生器２３の出力ゲインも下げて指定速度カーブを制御
の楽なＶ３′（第６図）に落すのである。このようにす
れば常に最適且つ最高速度の下にコイル７が制御され、
電源電圧が低下したときのみ制御の楽な、然しアクセス
タイムが多少低下する、指定速度カーブＶ３′の下にコ
イル７が制御される。第９一１図に示したフィ−ドバッ
ク線４１は具体的に第４図のＤ／Ａコンバータ３３に接
続されても非線形回路３４に接続されても良い。第９−
１図中４２はローパスフィルタで電源電圧の細い変動お
よびノイズをカットするため挿入される。その構成は通
常のＲＣ平滑回路で良い。第９−２図は第２実施例のブ
ロックダイアグラムであり大部分の構成は第９−１図と
同じである。

この第２実施例では図示するごとくＶ・Ｃ・Ｍ６のコイ
ル７に近接してサーミスタ等の抵抗−温度係数の大なる
素子５１を設け、コイルの温度上昇に伴うコイル抵抗の
増大を電圧値に変換しこれを緩衝増幅回路５２を介して
関数発生器２３にフィードバックし、電源電圧の低下を
示す情報と共にコイル抵抗の増大による機械時定数の増
加を示す情報も同時に加味してさらに精度よく関数発生
器２３の出力ゲインすなわち指定速度カーブを変化させ
ようとするものである。以上説明したように本発明によ
れば周知のフィードバック方式を巧みに利用して従来の
Ｖ・Ｃ・Ｍ駆動系を何ら変更することなくディスパック
装置におけるボイスコイルモーター駆動系のコストパー
フオーマンスを向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はディスクパック装置とその周辺回路の概略を示
す図、第２図はボイスコイルモーターの断面構造図、第
３図は従来のボイスコイルモーター制御方式を示すブロ
ック図、第４図は関数発生器２３の内容を示すブロック
図、第５図は指定速度カーブを説明するためのグラフ、
第６図は指定速度カーブと速度検出器からの検出電圧と
の関係を示す図、第７図および８図は他の指定速度カー
ブの例を示す図、第９−１および２図は本発明に基づく
第１および第２実施例示すブロック図を示す。 各図において１はディスク、２はリードノラィトヘツド
、６はボイスコイルモーター、７はコイル、８は速度検
出器、１川ま永久磁石、２１は直流電力増幅器、２２は
差動増幅器、２３は関数発生器、Ｖ２３は指定速度カー
ブを表わす電圧波形、Ｖ８はコイル７の移動速度を表わ
す電圧、４１はフィードバック回路、５１はサーミスタ
をそれぞれ示す。 第２図 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９‐１図 第９一２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数のデイスクの各々に相対向して設けられた複数
   のリード／ライトヘツドを一体に直進的に移動させるコ
   イルおよび該コイルに鎖交する磁束を発生する手段から
   成るボイスコイルモータと；該ボイスコイルモータを励
   磁する電力増幅器と；前記コイルの移動速度に比例した
   電圧と予め定めた指定速度カーブに比例した電圧との差
   電圧に応じて前記電力増幅器を制御する制御増幅器と；
   前記指定速度カーブに比例した電圧波形を作り出す関数
   発生器とを含んでなるデイスクパツク装置におけるボイ
   スコイルモータ制御方式において、前記電力増幅器に印
   加される電源電圧の変動に比例した信号および前記コイ
   ルのコイル抵抗変化に比例した信号を常時前記関数発生
   器に帰還し該関数発生器より出力される前記の指定速度
   カーブに比例した電圧波形を随時変化されることを特徴
   とするボイスコイルモータ制御方式。