(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク駆動装置基台と、
回転可能に取り付けられたディスクおよびスピンドル組立体であって、前記ディスクおよびスピンドル組立体は少なくとも１枚の剛体ディスクを備えており、前記少なくとも１枚の剛体ディスクはその少なくとも１つの表面に磁気的にエンコードされたデータが記録されるものでり、前記少なくとも１枚のディスクは前記ディスクおよびスピンドル組立体に永続的に取り付けられている、回転可能に取り付けられたディスクおよびスピンドル組立体と、
少なくとも１つのトランスデューサ・ヘッドを支持する移動可能なアクチュエータであって、前記アクチュエータは前記少なくとも１つのトランスデューサ・ヘッドを位置決めして前記少なくとも１枚の回転可能に取り付けられたディスクの前記少なくとも１つの表面に前記磁気的にエンコードされたデータにアクセスする、移動可能なアクチュエータと、
前記少なくとも１枚の回転可能に取り付けられたディスクおよびスピンドル組立体を回転させるスピンドル・モータであって、前記スピンドル・モータは多相電磁固定子および永久磁石回転子を備えている、スピンドル・モータと、
エントリ数Ｎが前記電磁固定子中の転換点数Ｐよりも大きく、ＮとＰの最大共通因数が１である複数の半ランダム・オフセット値を格納したテーブルと、
駆動電流を前記多相電磁固定子に供給し、前記スピンドル・モータ駆動装置は前記ディスクおよびスピンドル組立体の対応する回転角で前記駆動電流を順次に切り換え、前記スピンドル・モータ駆動装置は前記スピンドル・モータ駆動装置が前記駆動電流の相を切り換える際に依拠する、連続する回転角の各々を前記テーブルから取得する半ランダムオフセット値の各々で変化させる、スピンドル・モータ駆動装置と
を備えた
回転磁気ディスク駆動データ記憶装置。
【請求項２】
前記スピンドル・モータ駆動装置は、前記スピンドル・モータが所定の動作速度に到達するまで前記スピンドル・モータのパワーアップにおいて連続する回転角の各々を前記半ランダム・オフセットの各々で変化させず、その後、連続する回転角の各々を前記半ランダム・オフセットの各々で変化させる、
請求項１に記載の回転磁気ディスク駆動データ記憶装置。
【請求項３】
前記スピンドル・モータ駆動装置が、
メモリと、
前記メモリに格納されている制御プログラムを実行するプログラマブル・プロセッサと、
前記プログラマブル・プロセッサが発行する制御パラメータに応答するサーボ・プロセッサと
を備えている、
請求項１に記載の回転磁気ディスク駆動データ記憶装置。
【請求項４】
前記サーボ・プロセッサが複数の転換点を特定する転流レジスタを備え、
前記転流レジスタ中のデータを前記プログラマブル・プロセッサで実行されている前記制御プログラムが供給する、
請求項３に記載の回転磁気ディスク駆動データ記憶装置。
【請求項５】
基台と、
前記基台に取り付けられた多相電磁固定子と、
前記基台に回転可能に取り付けられた回転子であって、前記回転子は前記固定子が生成する交番磁界に応答して前記回転子を回転させる永久磁石を少なくとも１つ備えている、回転子と、
エントリ数Ｎが前記電磁固定子中の転換点数Ｐよりも大きく、ＮとＰの最大共通因数が１である複数の半ランダム・オフセット値を格納したテーブルと、前記多相電磁固定子に駆動電流を供給し、前記スピンドル・モータ駆動装置は前記回転子の対応する回転角で前記駆動電流の相を順次に切り換え、前記スピンドル・モータ駆動装置は前記モータ駆動装置が前記駆動電流の相を切り換える際に依拠する、連続する回転角の各々を前記テーブルから取得する半ランダム・オフセット値の各々によって変化させる、モータ駆動装置と
を備えた
電動機。
【請求項６】
前記モータ駆動装置は、前記電動機が所定の動作速度に到達するまで前記電動機のパワーアップにおいて連続する回転角の各々を前記半ランダム・オフセットの各々で変化させず、その後、連続する回転角の各々を前記半ランダム・オフセットの各々で変化させる、
請求項５に記載の電動機。
【請求項７】
前記モータ駆動装置が、
メモリと、
前記メモリに格納されている制御プログラムを実行するプログラマブル・プロセッサと、
複数の転換点を特定する転流レジスタであって、前記転流レジスタ中のデータは前記プログラマブル・プロセッサで実行されている前記制御プログラムによって供給される、転流レジスタと、
前記転流レジスタによって特定される転換点で前記駆動電流の相を切り換える転流装置と
を備えている、
請求項５に記載の電動機。
【請求項８】
前記モータが回転磁気ディスク駆動データ記憶装置の少なくとも１枚のデータ記憶ディスクを回転させるスピンドル・モータである、
請求項５に記載の電動機。
【請求項９】
電動機を動作させる方法であって、前記電動機は多相電磁固定子および回転子を備え、前記回転子は前記固定子が生成する交番磁界に応答して前記回転子を回転させる少なくとも１つの永久磁石を備えており、前記方法が、
電流によって駆動される前記電磁固定子の対応する相を切り換える名目転流角を複数個定めるステップと、
エントリ数Ｎが前記電磁固定子中の転換点数Ｐよりも大きく、ＮとＰの最大共通因数が１である複数の半ランダム・オフセット値を格納したテーブルから取得する半ランダム・オフセット値の各々を前記名目転流角の各々に加算して対応する調整済み転流角を複数個生成するステップと、
電流によって駆動される前記電磁固定子の相を前記複数の調整済み転流角で切り換えるステップと
を備えている
方法
【請求項１０】
半ランダム・オフセットの各々を名目転流角の各々に加算して対応する複数の調整済み転流角を生成するステップを、前記電動機が所定の回転速度に到達するまで実行せず、それ以後に実行する、
請求項９に記載の、電動機を動作させる方法。
【請求項１１】
電動機の動作を制御するプログラム製品であって、前記電動機は多相電磁固定子と回転子を備え、前記回転子は前記固定子が生成する交番磁界に応答して前記回転子を回転させる少なくとも１つの永久磁石を備え、前記プログラム製品は前記電動機のコントローラによって読み取り可能な信号搬送媒体に記録されたプロセッサ実行可能な命令を複数備え、前記命令は前記プロセッサによって実行されると、前記モータ・コントローラに、
電流によって駆動される前記電磁固定子の対応する相を切り換える名目転流角を複数個定めるステップと、
エントリ数Ｎが前記電磁固定子中の転換点数Ｐよりも大きく、ＮとＰの最大共通因数が１である複数の半ランダム・オフセット値を格納したテーブルから取得する半ランダム・オフセット値の各々を
前記名目転流角の各々に加算して対応する調整済み転流角を複数個生成するステップと、
電流によって駆動される前記電磁固定子の相を前記複数の調整済み転流角で切り換えるステップと
を実行させるプログラム製品。
【請求項１２】
半ランダム・オフセットの各々を名目転流角の各々に加算して対応する複数の調整済み転流角を生成するステップを、前記電動機が所定の回転速度に到達するまで実行せず、それ以後に実行する、
請求項１１に記載のプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機（モータ）に関し、特にディスク駆動データ記憶装置内でディスクを回転させるのに用いるブラシレス直流スピンドル・モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
２０世紀の後半には、情報革命と呼ばれる現象が見られた。この情報革命は歴史的な発展の範囲がいかなる事象や機械よりも広いが、情報革命を代表するものは間違いなくディジタル電子計算機であった。コンピュータ・システムの発展は確かに革命であった。コンピュータ・システムは年を追うごとに、速くなり、データ蓄積量が増大し、ユーザに提供する用途が増えている。
【０００３】
現代のコンピュータ・システムは膨大な量のデータを記憶する必要があるので、大容量のデータ記憶装置を必要としている。様々なデータ記憶技術が利用可能であるけれども、現在では回転磁性剛体ディスク駆動装置が最も一般的になっている。そのようなディスク駆動データ記憶装置はきわめて複雑な機械であり、精密な機械部品、超平滑なディスク表面、高密度に磁気記録したデータ、およびデータ・エンコード／デコード用の複雑な電子回路を備え、駆動動作を制御するものである。したがって、各ディスク駆動装置は適切な駆動動作に必要なシステムとサブシステムを複数個備えそれ自身が１つの縮小模型世界をなしている。この複雑さにもかかわらず、回転磁気ディスク駆動装置の容量、性能、およびコストは証明済みである。これにより回転磁気ディスク駆動装置は、多種多様な用途に用いる記憶装置として最適なものになっている。
【０００４】
ディスク駆動装置は通常、共通のハブすなわちスピンドルに取り付けられた少なくとも１枚のディスクを備えている。このディスクは電動機（スピンドル・モータと呼ばれることが多い）によって一定速度で回転されている。この電動スピンドル・モータは通常、ブラシレス型の直流モータである。すなわち、スピンドル・モータは多相固定子と永久磁石回転子を備えている。この固定子の異なる相を制御電子回路により順番に付勢して、回転子にトルクを付与する。異なる固定子相を順次にスイッチング駆動すると、ディスクのモータ駆動周波数の調波周波数において機械的変動が誘起される可能性がある。これらの機械的変動は音響的には高音の金属音として認識される。
【０００５】
ディスク駆動記憶装置が出す金属音ノイズはユーザにとってきわめてうっとうしい、あるいは気を散らすものであり、ユーザの生産性を阻害するものである。また、特定の周波数で常に生じる励振には別の不所望の副作用、たとえばサーボ制御を阻害したり、機械部品を劣化させたりする可能性もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ディスク駆動装置の設計者たちは長い間にわたり、ディスク駆動装置内のスプリアス・ノイズすなわち変動をすべて除去するのが望ましいと認識している。したがって、機械部品の精密な機械加工その他ノイズを制御する方法やプロセスに多大な注意が払われている。しかし、ノイズ除去は完全ではなく、ディスク駆動装置内のノイズ、特にディスク・モータ駆動周波数の調波周波数におけるノイズを低減する改良された方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好適な実例によると、回転子の回転の対応する転流角で駆動電流の相を切り換えることにより駆動される多相固定子を備えた電動機（ディスク駆動装置のスピンドル・モータであるのが望ましい）が提供される。上記駆動電流を切り換える際に依拠する転流角に微小変動（ここでは半ランダム・オフセットと呼ぶ）を導入する。これらの微小変動には、広範囲にわたって励振周波数を拡散させる効果がある。
【０００８】
好適な実例では、微小な半ランダム相シフト・オフセットを格納したテーブルを保持し、そのテーブル中のオフセットを転換点（すなわち駆動電流中で相変化が生じる際に依拠する点すなわち角）に加算する。この実例の１つの変形例では、ラウンド・ロビン手順で上記テーブルから上記オフセットを抽出して上記転換点に加算する。上記テーブル中のエントリ数Ｎは回転子の１回転における転換点の個数Ｐよりも大きいのが望ましい。そして、Ｎは素数あるいはＰと共通の因数を持たない数であるのが望ましい。したがって、相シフトの半ランダム・パターンはＮ回のディスク回転ごとに繰り返す。必要に応じて、Ｎを十分に大きくすれば、上記テーブルに由来するパターンの繰り返しの基準周波数が低すぎて認識できないようになる。
【０００９】
電子駆動回路がモータを定格動作速度まで到達させようとしているスピニングアップ期間は、半ランダム転流オフセットを用いないのが望ましい。半ランダム転流オフセットは、モータが動作速度に到達したあとにのみ用いるのが望ましい。これにより、ディスク組立体のスピニングアップのプロセスを不必要に妨害することがなくなる。
【００１０】
以上のとおりであるから、本発明によって構築した電動機はユーザによって認識されるノイズをほとんど出さない。また、モータの切り換えに起因する調波周波数における機械振動を低減できるという副次的な効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔ディスク駆動装置の構造の概要〕
回転磁性剛体ディスク駆動装置は通常、共通のスピンドルすなわちハブに恒久的に取り付けられた平滑で平坦なディスクを少なくとも１枚備えている。複数枚のディスクを使用する場合には、ディスク群を、接触しないように互いに平行に、かつ間隔をあけてスピンドルに積層する。ディスクとスピンドルはスピンドル・モータによって一定速度で調和して回転している。
【００１２】
スピンドル・モータは通常、ブラシレス直流モータであり、多相電磁固定子と永久磁石回転子を備えている。固定子の異なる相を駆動電流で順次に駆動することにより、回転子を回転させる。
【００１３】
各ディスクは固体のディスク形状をした基台すなわち基板で形成されており、中央にスピンドル用の孔を備えている。基板は普通にはアルミニウムであるけれども、セラミック、プラスチックその他の材料を用いてもよい。基板は磁化可能材料の薄層で被覆されているが、さらに保護層で被覆されている場合もある。
【００１４】
データはディスクまたはディスク群の表面の磁化可能層に記録する。こうするために、磁化可能層にデータを表わす微細なパターンを形成する。このデータ・パターンは普通は同心円状のトラックをなすように構成するが、螺線（らせん）状のトラックでもよい。さらに、各トラックは多数のセクタに分割されている。したがって、各セクタは円弧を形成している。１つのトラックのすべてのセクタによって１つの円が形成される。
【００１５】
可動アクチュエータがトランスデューサ・ヘッドをディスク表面に記録されたデータの近傍に位置決めしてデータの読み書きを行う。このアクチュエータはレコードプレーヤのトーン・アームに似ており、トランスデューサ・ヘッドは再生針に似ている。データを格納しているディスク表面ごとに１つのトランスデューサ・ヘッドがある。アクチュエータは普通、ディスクの回転軸と平行な軸の回りを回転してヘッドを位置決めする。アクチュエータは通常、上記軸を取り巻きディスクに向かって伸びる櫛〔くし〕（comb: コーム）状の固体のブロック（このため「コーム」と呼ばれることがある）と、上記アーム（アクチュエータ）に取り付けられた１組の薄いサスペンションと、上記軸の反対側に設けられた電磁モータとを備えている。サスペンションのコームと反対側の端にはトランスデューサ・ヘッドが、１つのサスペンションごとに１つずつ取り付けられている。アクチュエータ・モータはアクチュエータを回転させてヘッドを所望のトラック上に位置決めする（シーク動作）。ヘッドはトラック上に位置決めされると、ディスクは一定速度で回転しているから、じきにヘッド近傍の所望のセクタに到達する。そこで、データの読み書きを行うことができる。アクチュエータ・モータは通常、アクチュエータ・コームに取り付けられた電磁コイルと、基台またはカバーの固定した位置に取り付けられた１組の永久磁石とから構成されている。付勢すると、上記コイルが、永久磁石が生成する磁界に応答してアクチュエータ・コームにトルクを付与する。
【００１６】
通常、アクチュエータを位置決めするのにサーボ・フィードバック・システムを用いている。少なくとも１つのディスク表面上にデータを特定するサーボ・パターンが書き込まれている。トランスデューサはサーボ・パターンを周期的に読み取って半径方向の所望の位置からの現在の偏差を求め、サーボ・フィードバック・システムは当該偏差を最小にするようにアクチュエータの位置を調整する。旧式のディスク駆動装置構成ではサーボ・パターン用に専用のディスク表面を用いることが多かった。新型のディスク駆動装置構成では通常、埋め込みサーボ・パターンを用いている。すなわち、サーボ・パターンは各ディスク表面の角度によって間隔があけられた場所に記録されており、隣接するサーボ・パターン間の領域はデータを記録するのに使用されている。サーボ・パターンは通常、同期部、トラック番号を特定するトラック特定部、トラックの中央線を位置決めするトラック・センタリング部から成る。
【００１７】
トランスデューサ・ヘッドは（通常、セラミック）材料から成る空気力学的形状をしたブロックであり、その上に磁気再生／記録トランスデューサが取り付けられている。このブロック（すなわちスライダ）はディスクの回転中、ディスク表面からきわめて小さな距離（「浮上量（flyheight)」と呼ばれる）だけ浮上する。トランスデューサが磁化可能層に対してデータ・パターンを読み書きするのを可能するには、ディスク表面にきわめて近接させることが重要である。いくつかの異なるトランスデューサ構成が用いられている。現在のディスク駆動装置の多くの構成では、薄膜誘導性記録トランスデューサ素子と、別構成の磁気抵抗再生トランスデューサ素子とを用いている。サスペンションはトランスデューサ・ヘッドに対してディスク表面に入射する方向の力を印加する。この力を受けるスライダはその空気力学特性によって、ディスク表面からデータ・アクセスに適切な距離だけ浮上することができる。
【００１８】
〔詳細な説明〕
以下、図面を参照するが、数図面にわたり同一の番号は同一の部品を指示している。図１は好適な実施形態で用いる回転磁気ディスク駆動記憶装置１００の概略図である。ディスク駆動装置１００は回転可能なディスク１０１を備えている。ディスク１０１はハブ組立体すなわちスピンドル１０３にしっかり取り付けられている。スピンドル１０３はディスク駆動装置の基台すなわちハウジング１０４に取り付けられている。スピンドル１０３とディスク１０１は駆動モータによって一定の回転速度で駆動されている。駆動モータ（図１では見えず）はハブ組立体１０３の中に組み込まれている。データは各ディスクの表面１０２および裏面１０２に記録する。アクチュエータ組立体１０５はディスク１０１の片面に位置している。アクチュエータ１０５は電磁モータ１０７によってスピンドル１０３の軸と平行なシャフト１０６の回りを円弧を描いて回転し、トランスデューサ・ヘッドを位置決めする。基台１０４にはカバー（図示せず）が嵌合してディスクとアクチュエータ組立体を収納するとともに保護している。駆動装置の回転を制御するとともにホスト・コンピュータなどの別の装置と通信する電子モジュールは、回路カード１１２に取り付けられている。この実施形態では、回路カード１１２は基台１０４とカバーとで形成される封入容器の外側に取り付けられているように示されている。しかし、回路カード１１２はヘッド／ディスク封入容器の内部に取り付けてもよいし、あるいは、電子回路の一部を封入容器の内部に取り付け残りを封入容器の外部に取り付けるようにしてもよい。アクチュエータ１０５から成る熊手には、複数個のヘッド／サスペンション組立体１０８がしっかり取り付けられている。ディスク表面１０２の近傍に位置する、各ヘッド／サスペンション組立体１０８の端には、記録／再生トランスデューサ１１０を備えた空気力学設計のスライダ１０９が取り付けられている。
【００１９】
記録用に複数のディスク表面を有する２枚のディスクを備えたディスク駆動装置１００が示されているけれども、理解すべき諸点を挙げると、本発明では単一のディスクを備えた駆動装置、または多数のディスクを備えた駆動装置を用いることができ、さらに、データ記録用にディスクの単一のディスク表面のみを用いてもよい。
【００２０】
図２はディスク駆動装置１００の主要電子構成要素を示す高次レベルの図であり、これらの主要電子構成要素の相互接続態様、トランスデューサ・ヘッド、アクチュエータ・モータ、およびスピンドル・モータへの接続態様を好適な実施形態に従って示している。ファイル・コントローラ２０１はホストへのインタフェースを提供している。「ホスト」は普通にはデスクトップ型コンピュータ・システムやメインフレーム・コンピュータ・システムなどのコンピュータ・システムであるが、たとえばＰＤＡ（personal digital assistant: 携帯情報端末）、自動車やロボットなど機械用のディジタル・コントローラ、その他様々なディジタル装置などの専用装置であってもよい。ファイル・コントローラ２０１はディスク駆動装置１００の動作に対する一般的な制御も行う。それにはコマンド解釈、セクタ・マッピング、パワーアップ（始動）ルーチン、診断、エラー回復などの機能が含まれる。チャネル電子回路２０２はディスク表面に対して読み書きされるデータに対する変調機能と復調機能を提供する。サーボ・プロセッサ２０３はディスク上のサーボ・パターンを読み取ることにより得られるサーボ信号を解釈してアクチュエータ・モータとスピンドル・モータを制御する。サーボ・プロセッサ２０３はファイル・コントローラ２０１が出すシーク信号にも応答する。サーボ・プロセッサ２０３はアクチュエータ・モータとスピンドル・モータ用に必要なパラメータを決定し、それらをアクチュエータ・モータ駆動回路２０４とスピンドル・モータ駆動回路２０５に入力として供給する。アクチュエータ・モータ駆動回路２０４は駆動電流をアクチュエータのボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）１０７に供給し、アクチュエータ１０５を所望の位置に位置決めする。スピンドル・モータ駆動回路２０５は駆動電流をスピンドル・モータ２０６に供給し、スピンドル・モータ２０６を所望の回転速度で駆動する。この点は下で詳細に説明する。
【００２１】
トランスデューサ１１０はリード線を介して記録マルチプレクサ２１３と再生マルチプレクサ２１１に接続されている。記録マルチプレクサ２１３は記録ドライバ２１２に接続されており、再生マルチプレクサ２１１は再生アンプ２１０に接続されている。再生アンプ２１０はチャネル電子回路２０２に入力を供給する。チャネル電子回路２０２は記録ドライバ２１２に入力を供給する。再生マルチプレクサ２１１と記録マルチプレクサ２１３はファイル・コントローラ２０１が出す制御信号２１４に応答して、記録用のヘッド群と再生用のヘッド群のうちの一方を選択する。データ信号またはサーボ信号を表わす磁気パターンはトランスデューサ１１０中の磁気抵抗再生素子によって検知され、再生アンプ２１０によって増幅されたのち、チャネル電子回路２０２に供給される。チャネル電子回路２０２データ信号をホスト・システムが使用するコヒーレント・データにデコードするＰＲＭＬ（partial-response maximum likelihood)フィルタを備えているのが望ましい。記録するときには、チャネル電子回路２０２が所定のエンコード・フォーマットに従ってデータをエンコードし、このデータを記録ドライバ２１２に供給する。記録ドライバ２１２は誘導性記録素子をとおして電流を駆動し、上記データをディスク表面に記録する。
【００２２】
トランスデューサ１１０の位置決めは、トランスデューサ１１０、再生アンプ２１０、チャネル電子回路２０２、サーボ・プロセッサ２０３、アクチュエータ・ドライバ２０４、およびアクチュエータ・モータ１０７から成るサーボ・フィードバック・ループ・システムによって行う。まず、トランスデューサ１１０がディスク表面１０１に周期的間隔で記録されたサーボ・パターンを読み取る。これらを再生アンプが増幅する。これらのサーボ・パターンをチャネル電子回路２０２が位置情報に変換する。この位置情報をサーボ・プロセッサ２０３が解釈してアクチュエータ・モータ１０７に供給すべき駆動電流量を決める。最後に、アクチュエータ・ドライバ２０４がサーボ・プロセッサ２０３が出力する制御信号に応答して、必要な駆動電流を生成する。サーボ・プロセッサ２０３は同じ情報を用いて角度位置を解釈し、スピンドル・モータ・ドライバ２０５に適切な制御信号を供給する。
【００２３】
ファイル・コントローラ２０１はリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）２２２に常駐する制御プログラム２３１を実行するプログラマブル・プロセッサ２２１を備えているのが望ましい。ＲＯＭ２２２は不揮発性半導体ランダム・アクセス・メモリであり、その内容はディスク駆動装置１００がパワーダウンしても失われない。ＲＯＭ２２２はさらに、スピンドル・モータ２０６の転流用にランダム角オフセットを１組備えたランダム化テーブル２３２を備えている。これについては、下で詳細に説明する。プログラマブル・コントローラは揮発性リード／ライト・メモリ（ＲＡＭ）２２３も備えている。ＲＡＭ２２３はディスク表面群のうちの少なくとも１つに対して読み書きされるデータ用の一時キャッシュとして用いる。ＲＡＭ２２３は駆動動作に必要な内部状態変数を格納するためにも用いる。
【００２４】
以上、ディスク駆動装置、特に個別に形成した磁気抵抗再生トランスデューサ素子と誘導性記録トランスデューサ素子の特徴をいくつか示すとともに説明したが、理解すべき点を挙げると、これらは好適な実施形態を説明する手段にすぎず、本発明は異なるトランスデューサ素子などディスク駆動装置の別の構成と特徴を用いて実施することもできる。さらに理解すべき点を挙げると、図２に示すファイル・コントローラ２０１、チャネル２０２、およびサーボ・プロセッサ２０３は説明を目的としたものであり、これらのものは、その少なくとも１つを組み合わせて単一のモジュールを構成してもよいし、複数のモジュールに組み込んでもよい。
【００２５】
好適な実施形態では、スピンドル・モータ２０６は多相電磁固定子と永久磁石回転子を備えたブラシレス直流モータであり、いわゆる「イン・ハブ（in hub）」構造をしている。図３は回転軸を通る面で切断した、スピンドル・モータ２０６の部分断面図である。モータ２０６はディスク駆動装置１００の基台１０４にしっかり取り付けられた基台３０１を備えている。回転子ハウジング３０２は様々なモータ構成要素を取り囲んでいる。回転子ハウジング３０２は中央シャフト部３１０を備えている。中央シャフト部３１０は基台３１０の中空円筒状突出部３１２に取り付けられたベアリング３０３を係合している。
【００２６】
回転子ハウジングは基台近傍の底面端から外に突出したフランジ３１１を備えている。ディスク駆動装置１００に装着する場合、少なくとも１枚のディスク１０１を回転子ハウジング３０２の回りに取り付けるとともにフランジ３１１によって支持する。すると、回転子ハウジング３０２がディスク１０１の中央孔を通って突出する。最後に、ディスクをクランプとスペーサ（図示せず）によってフランジに対して締めつける。このように締めつけてあるから、ディスクは回転子ハウジング３０２と調和して回転する。
【００２７】
基台３０１の円筒状の突出部３１２には、多極固定子３０５がしっかり取り付けられている。多極固定子３０５は複数組の鉄積層体３０６を備えている。個々の鉄積層体はそれぞれワイヤ・コイル３０７で取り囲まれている。回転子ハウジング３０２には、円周上に交互に反対磁極を有するように配置された複数個の永久磁石がしっかり取り付けられている。これにより、固定子３０５が発生させる回転電磁界の存在下で、回転子ハウジング３０２にトルクが付与される。
【００２８】
図４は回転軸に垂直な面で切り取ったモータ２０６の簡略化した断面図である。図４には、複数の固定子極と回転子磁石の配置が示されている。図４に示す固定子の捲線は説明が簡明になるように示してある。固定子の捲線は図示するように３相であり、各相が３個の極を備えるように配置されている。すなわち、合計で９個の極４０１〜４０９がある。１つの相中の捲線はすべて直列に接続されている。３相はよく知られた「Ｙ字」結線で互いに接続されている。すなわち、すべての相は共通の中央ノードに接続されている。動作中、電流は同時には２相中に流す。具体的には、第１の相中を順方向に流し、第２の相中を逆方向に流す。たとえば、Ａ相用の電流源ドライバをオンにし、Ｂ相用の電流シンク（吸い込み）ドライバをオンにすると、電流はＡ相線から流入し、Ａ相の捲線４０１、４０４、４０７中を直列に流れ、Ｂ相の捲線４０８、４０５、４０２中を直列に逆方向に流れ、Ｂ相線から流出する。この場合、電流はＣ相の捲線には流れない。なぜなら、Ｃ相用の電流源ドライバと電流シンク・ドライバは共にオフのままだからである。電流を流す相の対を変えると、固定子の駆動磁界が回転する。図４に示すように、回転子ハウジング３０２の内周面には、永久磁石が交互に磁極を反転させて円周上に配置されている。これらの永久磁石は回転駆動磁界を「追跡」するから、回転子は回転駆動磁界の回転速度で回転する。
【００２９】
図４に示す典型的な固定子／回転子の極構成では、固定子の駆動相の各対を反転させると、回転子のすべての極が回転する。すなわち、相の対Ａ−Ｂ、Ａ−Ｃ、Ｂ−Ｃをある極用のものとすると、Ｂ−Ａ、Ｃ−Ａ、Ｃ−Ｂは次の極用のものになる。このことの意味は次のとおりである。すなわち、３相の固定子と１２極の回転子の場合、回転子を駆動して１回の完全な回転を実現するには固定子の駆動相の対を３６回変化させる必要がある、ということが予期される。したがって、この構成の場合、駆動されている固定子の相を１回変化させると、回転子は１０度だけ回転するはずである。固定子相を反転（すなわち転流）させるときにおける回転子の角度位置は、転換点と呼ばれている。既存のモータでは、転換点は回転子のある基準角度位置から０°、１０°、２０°、３０°などに表面的に存在する。本発明では、これらの転換点に微小ランダム様変動を導入する。たとえば、特定の回転に関する転流は０．２３°、９．８９°、１９．９７°、３０．３０°などで生じる。転流は回転ごとに異なった組の転換点で生じるのが望ましい。そうすれば、回転子の次の回転では、転換点は現在の回転とは異なることになる。
【００３０】
固定子極と回転子極の配置については多数の変更が可能であることが理解されよう。図４には回転子に１２個の永久磁石極が取り付けられていように示してあるが、当業者が理解しうるように、永久磁石極の個数、固定子極の個数、および固定子相の数は変更しうるし、それに従って転換点の個数も変化しうる。また、固定子の相を「Δ（デルタ）」結線してもよいし、さらなる変形例として、図示した「Ｙ字」結線に中央タップを設け、任意の単一の相のみを付勢しうるようにしてもよい、ということも理解されよう。さらに、同一の捲線に別の駆動回路および／または別の駆動線を備えるようにして、捲線を直列ではなく並列に駆動することもできる。（「Ａおよび／またはＢ」は「ＡおよびＢ、Ａ、またはＢ」を表わす。）
【００３１】
さらに理解すべき点を挙げると、図３と図４は典型的なディスク駆動装置のスピンドル・モータの主要部品を高次のレベルで示すことを意図している。本発明の範囲内で、ベアリング、磁石、コイル、クランプ機構などの構造と配置に関し多数の変形をなすことができる。
【００３２】
転流するには、サーボ・プロセッサ２０３が回転子の現在の角度位置を決める必要がある。好適な実施形態では、再生トランスデューサが読み取りチャネル２０２がデコードした位置情報を用いて、回転子が動作速度で回転しているときの角度位置を決めている。一般に、モータが停止から動作速度に至るパワーアップ期間は別の方法を用いる。あるいは、動作速度でも別の様々な方法を用いることもできる。別の方法には、固定子の逆ＥＭＦ（起電力）を検知するものや、磁気エンコード・ホイールなど別の検知機構を備えるものなどがある。サーボ・プロセッサ２０３は位置情報を用いて、駆動すべき固定子相の対と必要な駆動電流の大きさとを決め、これらのパラメータをスピンドル・モータ・ドライバ２０５に入力する。スピンドル・モータ・ドライバ２０５は必要な電流を生成する。
【００３３】
サーボ・プロセッサ２０３は転流レジスタ２２５を備え、転換点と対応する駆動すべきモータ相とを格納しておくのが望ましい。サーボ・プロセッサ２０３は現在の回転子の位置と転流レジスタ中の値とを比較して、駆動すべき固定子の正確な相の対を決める。転流レジスタ２２５は回転子の１回転分に十分な３６個のエントリを備えているのが望ましいが、それより少ない個数のエントリを備えていてもかまわない。その場合、ラウンド・ロビン基準でエントリ群を回転させる。
【００３４】
好適な実施形態では、ファイル・コントローラ２０１のプロセッサ２２１で実行されている制御プログラム２３１がディスク駆動装置１００の動作を制御しており、転流レジスタ２２５の値を変更する。この結果、サーボ・プロセッサ２０３が微小半ランダム変動を生成する。このプロセスを図５に高次のレベルで示す。
【００３５】
図５に示すように、ディスク駆動装置１００は初めはオフ状態にある。「オフ」状態では、スピンドル・モータに電力は供給されない。パワーオン・イベントが発生すると、駆動装置１００はオフ状態から抜け出す。これはいくつかの方法のうちの１つで行われる。駆動装置１００には完全に電力が供給されていない、すなわち真に「オフ」である可能性がある。この場合、点火スイッチなどの外部資源から電力を供給すると、駆動装置１００はオフ状態から抜け出す（ブロック５０１を抜け出す）。この結果、コントローラ２０１はパワーアップし、制御プログラムはプロセッサ２２１内で実行を開始する。あるいは、外部電力は常時、駆動装置に供給されているが、コントローラ２０１がスピンドル・モータ、チャネルその他の電子回路への電力供給を遮っている可能性もある。この場合、プロセッサ２２１は外部コマンド、割込みなどブロック５０１から抜け出す何らかのイベントをアイドル・ループ中で待ち受ける。
【００３６】
ブロック５０１を抜け出すと、制御プログラム２３１はディスク駆動装置のパワーアップを開始する。これにはスピンドル・モータを動作速度に到達させることが含まれる（ステップ５２０）。一般に、スピンドル・モータが動作速度近傍になるまで、ディスク・トランスデューサはディスク上に記録されたデータを読み取ることができない。したがって、コントローラは適切なパワーアップ・コマンドをサーボ・プロセッサ２０３に送り、それをパワーアップ状態にする。ほぼ同時に、コントローラ２０１は転流レジスタ２２５に格納する１組の値を送る。これらの値はスピンドル・モータ２０６用の名目上の転換点（すなわち０、１０、２０、３０、・・・）である。時として、スピンドル・モータ２０６は始動するのが困難な場合がある。その場合には、コントローラは既知の様々なスタートアップ技法のうち任意のものを用いて何とか始動させる。
【００３７】
サーボ・プロセッサ２０３はパワーアップ状態にあるから、スピンドル・モータ・ドライバ２０５は固定子捲線の各対を所定の（通常、可能な限り最大限の）スタートアップ電流で駆動する。サーボ・プロセッサは上述したように角度位置を決め、それをレジスタ２２５中の名目転流値と比較し、各転換点に到達したときに固定子相の対を切り換える。
【００３８】
次いで、制御プログラムはタイムアップ・タイマーを調べること（ステップ５０３）とスピンドル・モータが動作速度に到達するのを待つこと（ステップ５０４）とを交互に行う。スピンドル・モータが動作速度に到達するのに数秒かかる。この間、コントローラは診断などの機能の実行を続け、サーボ・プロセッサ２０３はレジスタ２２５に格納されている名目転換点値を用いてスピンドル・モータ２０６を定格スタートアップ電流で駆動し続ける。スピンドル・モータが所定の最大期間内に動作速度に到達しない場合、ステップ５０３から「Ｙ」分岐を辿（たど）る。すると、エラー・メッセージが生成され（ステップ５０５）、駆動装置はシャットダウンする（ステップ５０６）。タイムアウト前に動作速度に到達した場合には、ステップ５０４から「Ｙ」分岐を辿る。
【００３９】
動作速度に到達したら、制御プログラムはランダム化テーブル２３２へのインデックス変数を初期化する（ステップ５１０）。ランダム化テーブル２３２はサーボ・プロセッサ２０３が固定子相を切り換えるのに使用する実際の転流値を決める名目転流角に加算すべきオフセット値の配列を備えている。ランダム化テーブル２３２中の値は、任意のランダム・プロセスまたは半ランダム・プロセスを用いて生成する、あるいは、完全にはランダムではないが、名目転流角に加算したときにランダムすなわち分散して見えるように算出する。これについては下で詳述する。これらの値はＲＯＭ２２２に永続的に格納するから、変化することはない。ランダム化テーブル２３２に格納する値の個数は回転子の回転における転換点の個数、すなわち、この好適な実施形態の構成では３６よりも大きいのが望ましい。動作中のオフセットが備えるランダム性を増大させるには、ランダム化テーブル２３２中のエントリ数を素数にする、あるいは、回転子の回転における転換点の個数と共通因数を持たない非素数にするのが望ましい。
【００４０】
次いで、ステップ５１１〜５１４に示すように、制御プログラムは回転子の完全な１回転用に３６個の転換点（転流角）の組を生成する。まず、ループ変数ｉを１に初期化する（ステップ５１１）。次いで、１つの転換点（ＣＰ（ｉ））を、ループ変数に対応する名目転換点（ＣＰN （ｉ））と、テーブル・インデックス変数に対応する、ランダム化テーブル２３２からのオフセットとの和として算出する（ステップ５１２）。次いで、制御プログラムはループ変数ｉとテーブル・インデックス変数をインクリメントする（ステップ５１３）。ループ変数ｉは１だけインクリメントする。テーブル・インデックス変数は、１だけインクリメントしランダム化テーブル２３２中のエントリをラウンド・ロビン基準に単純に使い回してもよいし、あるいは、別の基準に従い１とは異なる数だけインクリメントしてもよい。たとえば、テーブル・インデックス変数は、ｉの現在値でインクリメントしてもよいし、あるいは、システム・クロックの何らかの下位ビットでインクリメントしてもよい。テーブル・インデックス値の個数はランダム化テーブル２３２中のエントリ数を超えてはいけないから、新インデックスは旧インデックスとインクリメント量との和（モジュロＮ）になる。ただし、Ｎはランダム化テーブル２３２中のエントリ数である。
【００４１】
次いで、制御プログラムはｉの値を調べ（ステップ５１４）、それが３６（１回転における転換点の個数）を超えていなければ、ステップ５１２とステップ５１３を繰り返す。そして、転換点が３６個新たに生成されたら、ステップ５１４から「Ｙ」分岐を辿る。
【００４２】
次いで、制御プログラムはスピンドル・モータが現在の回転を完了するのを待つ（ステップ５１５）。現在の回転が完了したら、ステップ５１５から「Ｙ」分岐を辿る。次いで、制御プログラムはコントローラ２０１に３６個の新たな転換点の値をサーボ・プロセッサ２０３に送信させ、それらを転流レジスタ２２５の対応するエントリに格納する（ステップ５１６）。この結果、これら新たな転換点の値は回転子の次の回転で使用されることになる。
【００４３】
パワーダウンの表示を受け取らない場合（ステップ５１７）、制御プログラムはステップ５１１に戻り、回転子の次の回転用に転換点の値の新たな組を算出する。パワーダウンの表示を受け取った場合には、ステップ５１７から「Ｙ」分岐を辿り、モータをパワーオフする（ステップ５０６）。
【００４４】
理解すべき点を挙げると、図５にはスピンドル・モータの動作と無関係なディスク駆動装置の動作は示されていない。実際には、制御プログラム２３１は通常、並行実行タスクを複数個備えており、スピンドル・モータの制御はそのうちのたった１つのタスクに過ぎない。典型的なディスク駆動装置は様々な多くの種類のコマンドに応答し、応答動作はきわめて複雑であり、ホストとの情報の交換には多くのステップを必要とする、といった具合である。説明を簡明にするために、ここではこれらの詳細を記述から省略してある。
【００４５】
一般に、上述した本発明の実施形態を実現するために実行されるルーチン（オペレーティング・システムの一部として実装されているか、特定のアプリケーションとして実装されているかを問わない）、プログラム、オブジェクト、モジュール、または命令群から成る手順を、ここでは「プログラム」または「制御プログラム」と呼んでいる。これらのプログラムは通常、命令群から構成されている。これらの命令群は本発明に適合するコンピュータ・システム中の装置またはシステム中の少なくとも１つのプロセッサによって読み取られて実行されると、当該装置またはシステムに本発明の様々な側面を具現するステップ群を実行する（または構成要素を生成する）のに必要なステップ群を実行させる。さらに、本発明を完全に機能するディジタル装置（たとえばディスク駆動装置）として記述したけれども、本発明の様々な実施形態は様々な形態をしたプログラム製品として記述することもできる。そして、本発明は実際に頒布するのに用いられている信号搬送媒体の特定の種類と無関係に等しく適用することができる。信号搬送媒体の例には次に示すものがあるが、これらに限定されない。すなわち、揮発性記憶装置および不揮発性記憶装置などの記録可能型媒体、フレキシブルディスク、ハード・ディスク駆動装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、磁気テープ、ならびに、ディジタル通信リンクおよびアナログ通信リンクなどの伝送型媒体（無線通信リンクを含む）である。信号搬送媒体の例を図１にディスク表面１０２として、図２にＲＯＭ２２２として示す。
【００４６】
上述した好適な実施形態では、回転磁気ディスク駆動データ記憶装置のスピンドル・モータとしてブラシレス直流電動機を用いている。しかしながら、このようなモータは別の環境でも使用することができる。すなわち、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの光ディスク・データ記憶装置  、または音声ＣＤプレーヤ用のスピン・モータとしても使用することができる。また、磁気テープ・データ記憶装置用の駆動モータとしても使用することができる。最後に、データ記憶とは無関係な多数の用途における電動機として使用することができる。
【００４７】
好適な実施形態では、ディスク・ファイル・コントローラのプログラマブル・プロセッサで実行されている制御プログラムは、半ランダムのオフセットから成るテーブルを参照して転換点を生成し、そのデータを実際に転流を行うサーボ・プロセッサが使用する転流レジスタに転送している。このように構成することにより、モータのスタートアップの間に半ランダムのオフセットを使用しないことが可能になるとともに、設計の自由度がきわめて大きくなる。しかしながら、認識すべき点を挙げると、転換点における微小半ランダム変動は様々なハードウェア変形例とソフトウェア変形例を用いても実現することができる。たとえば、サーボ・プロセッサ自身が転換点における変動を生成してもよいし、サーボ・プロセッサにモータ制御論理をすべて備えるようにしてもよい。
【００４８】
好適な実施形態では、１組のオフセット値をランダム化テーブルに格納しておきそれらを転換点に順次加算している。これには、転流角に微小ランダム変動が生じるという効果がある。そのようなテーブルは計算が容易なのが望ましい。当業者が認識しうるように、同様の効果をもたらす方法には多数のものがある。たとえば、ランダム数を算出する機能または専用装置を用いて、名目転流角に加算するいわゆるランダム数を生成することができる。また、ある種の複雑なパターンに従ってオフセットを抽出することもできる。そのパターンはランダムであることはまったく意図しておらず、転流の周波数に付随する調波ピークにおいてモータのノイズ・スペクトルを拡散させることだけを意図しているパターンである。ここで使用するとともに特許請求の範囲で使用しているように、「半ランダム・オフセット」は上述した点その他を含め、何らかの転流構造からのオフセットを拡散させる方法をすべて包含している。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の好適な実施形態で使用する回転磁気ディスク駆動記憶装置の簡略化した図である。
【図２】好適な実施形態による、ディスク駆動記憶装置の主要電子構成要素を高次レベルで示す図である。
【図３】好適な実施形態による、回転軸の面で切り取ったディスク駆動用スピンドル・モータの部分断面図である。
【図４】好適な実施形態による、回転軸と垂直な面で切り取ったディスク駆動用スピンドル・モータの簡略化した断面図である。
【図５】好適な実施形態による、ディスク駆動用スピンドル・モータを動作させるプロセスの高次レベルのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００  回転磁気ディスク駆動記憶装置
１０１  ディスク
１０２  ディスク表面
１０３  スピンドル
１０４  ハウジング
１０５  アクチュエータ組立体
１０６  シャフト
１０７  ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）
１０８  ヘッド／サスペンション組立体
１０９  スライダ
１１０  記録／再生トランスデューサ
１１２  回路カード
２０１  ファイル・コントローラ
２０２  チャネル電子回路
２０３  サーボ・プロセッサ
２０４  アクチュエータ・モータ駆動回路
２０５  スピンドル・モータ駆動回路
２０６  スピンドル・モータ
２１０  再生アンプ
２１１  再生マルチプレクサ
２１２  記録ドライバ
２１３  記録マルチプレクサ
２１４  制御信号
２２１  プログラマブル・プロセッサ
２２２  リード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）
２２３  揮発性リード／ライト・メモリ（ＲＡＭ）
２３２  ランダム化テーブル
３０１  基台
３０２  回転子ハウジング
３０３  ベアリング
３０５  固定子
３０６  鉄積層体
３０７  ワイヤ・コイル
３１０  中央シャフト部
３１１  フランジ
３１２  中空円筒状突出部
４０１〜４０９  捲線
４２１〜４３２  永久磁石
【図１】
0003708522.tif 000002
【図２】
0003708522.tif 000003
【図３】
0003708522.tif 000004
【図４】
0003708522.tif 000005
【図５】
0003708522.tif 000006