(57)【要約】【課題】ステッピングモータが均一な瞬間速度を持つように制御する速度制御方法及びそれに適した装置を提供する。【解決手段】一定の速度で回転するステッピングモータの各フェーズの反復速度誤差を算出し、フェーズ別に算出された反復速度誤差を保存する過程と、目標速度によるステッピングモータの回転速度を測定する過程と、ステッピングモータの回転に同期して保存された反復速度誤差をフェーズ別に順次的かつ反復的に読み取る過程と、目標速度、測定された回転速度、そしてフェーズ別反復速度誤差を参照してステッピングモータの速度を制御する過程と、を含むステッピングモータの速度制御方法。これにより、本発明によるステップモータの速度制御装置は、ステッピングモータのフェーズ別に回転速度を制御することによって、ステッピングモータが均一な瞬間速度で回転できる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の速度で回転するステッピングモータの各フェーズの反復速度誤差を算出し、フェーズ別に算出された反復速度誤差を保存する過程と、
目標速度によるステッピングモータの回転速度を測定する過程と、
ステッピングモータの回転に同期して保存された反復速度誤差をフェーズ別に順次的かつ反復的に読み取る過程と、
目標速度、測定された回転速度、そしてフェーズ別反復速度誤差を参照してステッピングモータの速度を制御する過程と、を含むステッピングモータの速度制御方法。
【請求項２】
前記反復速度誤差は、特定のタイミング信号によって保存されたことであることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項３】
前記特定のタイミング信号は、前記ステッピングモータのインデックス信号であることを特徴とする請求項２に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項４】
フェーズ別反復速度誤差は、ステッピングモータのインデックス信号に同期して読み取られることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項５】
前記回転速度を測定する過程は、前記ステッピングモータのフェーズ別に回転速度を測定することを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項６】
ステッピングモータの回転速度を測定する速度測定部と、
前記ステッピングモータの反復速度誤差をフェーズ別に保存し、各フェーズに相応する反復速度誤差を出力する反復速度誤差補償部と、
目標速度、前記速度測定部から出力される測定速度、および反復速度誤差補償部から出力される各フェーズに相応する反復速度誤差に基づいて速度誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差算出部から出力される誤差信号及び目標速度を参照して前記ステッピングモータを駆動するコントローラと、を備えるステッピングモータの速度制御装置。
【請求項７】
前記反復速度誤差は、特定のタイミング信号によって保存されたことを特徴とする請求項６に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項８】
前記特定のタイミング信号は、前記ステッピングモータのインデックス信号であることを特徴とする請求項７に記載のステッピングモータの速度制御方法。
【請求項９】
前記速度測定部は、前記ステッピングモータで発生する逆起電力信号を波形整形してステッピングモータの回転によるパルス信号を得、パルス信号間の周期を算出することによりステッピングモータの回転速度をフェーズ別に測定することを特徴とする請求項６に記載のステッピングモータの速度制御装置。
【請求項１０】
前記反復速度誤差補償部は、所定の平均速度で回転するステッピングモータのフェーズ別速度誤差の平均値を保存することを特徴とする請求項６に記載のステッピングモータの速度制御装置。
【請求項１１】
前記反復速度誤差補償部は、ステッピングモータで発生するインデックス信号に同期してフェーズ別速度誤差を出力することを特徴とする請求項６に記載のステッピングモータの速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの速度制御方法に係り、さらに詳細には、ステッピングモータが均一な瞬間速度を持つように制御する速度制御方法及びそれに適した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤ）のディスクは、スピンドルモータにより回転自在に駆動される。また、ハードディスクの起動過程は、スピンドルモータが正常速度に到達した後に始まり、スピンドルモータで発生するインデックスパルスは、フォーマットとサーボライティング、診断などあらゆる動作の基準になる。
【０００３】
また、ディスク回転速度は数年前まではほとんどが３，６００ｒｐｍであったが、現在はＩＤＥ基準の低コスト型Ｌｏｗ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅには４，２００ｒｐｍを、中低コスト型には５，４００ｒｐｍ、高コスト型Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅには７，２００ｒｐｍを多く使っている。ＳＣＳＩ方式のＨＤＤの場合、７，２００〜１０，０００ｒｐｍスピンドルモータを使用し、将来１２，０００ｒｐｍ以上のスピンドルモータを使用すると予測されている。
【０００４】
スピンドルモータの核心要素は正確な速度であって、規定速度＋／−０．１％（４〜５ｒｐｍ）の規格内でなければならない。もし、均一な速度が維持されなければ、ディスク表面に異常がなくてもリード（Ｒｅａｄ）エラーが発生し、著しい場合には使用が不可能になる。
【０００５】
このようなＨＤＤのためのスピンドルモータとして、ステッピングモータが広く使われている。
【０００６】
ステッピングモータは、外部のＤＣ電圧または電流をモータの各上端子にスイッチング方式で入力させることによって一定の角度で回転するモータである。ステッピングモータは、一種のデジタル制御方式の機器であって、デジタルパルス形式の制御に適している。すなわち、デジタルパルス１個で１ステップに該当する回転角だけ回転運動を行い、入力パルスの数と単位時間当りのパルス入力速度に比例して連続運動を行う。
【０００７】
ステッピングモータの駆動としては、間歇駆動（ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ）、連続回転、正／逆転（ｆｏｒｗａｒｄ／ｒｅｖｅｒｓｅ）、変速、マイクロステップ駆動などが挙げられる。間歇駆動を利用すれば、１時間に１ステップ駆動、１日に１ステップ駆動などを容易に実現でき、マイクロステップ駆動を利用すれば、超微細のステップ角駆動を実現できる。また連続回転駆動が使われれば、入力パルスの数によって最適の回転角を正確に制御できる。
【０００８】
ＨＤＤにおいて、スピンドルモータの速度測定には３つの方式がある。インデックス方式は、ステッピングモータの１回転ごとに発生するインデックス信号の周期を測定することであり、サーボゲート方式は、回転するディスク上に記録されたサーボ信号の検出周期を測定することであり、逆起電力（Ｂａｃｋ ＥＭＦ）方式は、ステッピングモータの逆起電力信号の周期を測定することである。
【０００９】
このうち、サーボゲート方式は、ディフェクトセクターによる信号の欠落（ｄｒｏｐ ｄｏｗｎ）、サーボ信号検出のための高い帯域幅の必要性により広く使われてはいない。
【００１０】
インデックス方式は、測定ノイズに強い特性があり、３．５”ＨＤＤで広く使われている。一方、逆起電力方式は、ステッピングモータの速度をフェーズ別に精密に制御できるという長所がある一方、ステッピングモータの形状によるノイズ、すなわち、瞬間速度の変動が大きいという短所がある。
【００１１】
図１は、従来のステッピングモータの速度制御装置を示すブロック図であり、逆起電力方式による例を示すものである。
【００１２】
図１に示す装置は、誤差算出部１０２、コントローラ１０４、外乱補償部１０６、ステッピングモータドライバ１０８、速度測定部１１０、そしてノイズ補償部１１２を備える。
【００１３】
速度測定部１１０は、ステッピングモータの回転速度を測定し、逆起電力信号を波形整形してステッピングモータの回転によるパルス信号を出力する。
【００１４】
図２は、ステッピングモータ駆動信号と逆起電力との関係を示す波形図である。
【００１５】
図２において、上側に図示される波形は逆起電力信号であり、下側に図示される波形はステッピングモータドライバ１０８で印加されるステッピングモータ駆動信号である。
【００１６】
ステッピングモータドライバ１０８によって印加される正弦波信号の正の半波及び負の半波により、ステッピングモータは１フェーズずつ回転する。ステッピングモータにおいて、ステータはＮ極とＳ極とが交互に配置されているので、それらの刺激によってロータを回転させるための信号の極性もフェーズごとに異なる必要がある。
【００１７】
速度測定部１１０は、逆起電力信号の周期の検出によりスピンドルモータの回転速度を算出する。速度測定部１１０で算出された測定速度は、誤差算出部１０２の一側入力に印加される。
【００１８】
誤差算出部１０２は、目標速度と測定速度との誤差を算出する。
【００１９】
コントローラ１０４は、誤差算出部１０２で算出された誤差を補償するための制御動作を行う。例えば、ステッピングモータが目標速度より速く回転するならば、駆動パルスの周波数を低め、遅く回転するならば、駆動パルスの周波数を高める。
【００２０】
ステッピングモータドライバ１０８は、コントローラ１０４から出力される駆動パルスを入力してステッピングモータを駆動する。具体的に、ステッピングモータドライバ１０８は、コントローラ１０４から出力される駆動パルスを入力して図２の下段に示すようなステッピングモータ駆動信号を発生させる。一方、外乱補償部１０６は、ステッピングモータに印加される外乱を補償するために提供され、ノイズ補償部１１２は、測定ノイズを補償するために提供される。
【００２１】
図３は、ステッピングモータの概略的な構造を示すものであり、４対のステータを持つ例を示す。図３に示すステッピングモータにおいて、１個のパルス入力に対して１ステップ、すなわち、ステータとステータとの間隔だけ移動する。ここで、ステータとステータとの間隔は一定であることが望ましいが、実際には、機構的な精密度のために一定ではない。このような不均一は逆起電力信号にそのまま反映される。
【００２２】
図４は、ステータ間の間隔が不均一な場合に発生する逆起電力信号を示す波形図である。逆起電力は、スピンドルモータの回転により発生する。図４において、ステータの間隔をＳａ及びＳｂとする時、Ｔａ及びＴｂはそれぞれＳａ及びＳｂだけ移動するためにかかる時間を表す。
【００２３】
理想的には、ＴａとＴｂとは一致せねばならないが、多くの場合において、ステッピングモータの機構的精密度によりＴａとＴｂとは同一ではない。このようなＴａとＴｂとの不均一は、速度制御を不安定にする要因となる。
【００２４】
ステッピングモータの制御において、入力パルスの間隔はステータの間隔に相応し、ステータの間隔が均一であると見なされるために、入力パルスの間隔も一定である。
【００２５】
しかし、図３及び図４を参照すれば分かるように、ステータ間の間隔は不均一であり、このような不均一は、ステッピングモータの速度、特に瞬間速度が一定にならない要因となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、フェーズ別に速度を制御するステッピングモータの速度制御装置において、瞬間速度が均一になるように制御する速度制御方法を提供することをその目的とする。
【００２７】
本発明の他の目的は、前記の速度制御方法に適した装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
前記の目的を達成するための本発明によるステッピングモータの速度制御方法は、一定の速度で回転するステッピングモータの各フェーズの反復速度誤差を算出し、フェーズ別に算出された反復速度誤差を保存する過程と、目標速度によるステッピングモータの回転速度を測定する過程と、ステッピングモータの回転に同期して保存された反復速度誤差をフェーズ別に順次的かつ反復的に読み取る過程と、目標速度、測定された回転速度、そしてフェーズ別反復速度誤差を参照してステッピングモータの速度を制御する過程と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
前記の他の目的を達成するための本発明によるステッピングモータの速度制御装置は、ステッピングモータの回転速度を測定する速度測定部と、前記ステッピングモータの反復速度誤差をフェーズ別に保存し、各フェーズに相応する反復速度誤差を出力する反復速度誤差補償部と、目標速度、前記速度測定部から出力される測定速度、そして反復速度誤差補償部から出力される各フェーズに相応する反復速度誤差に基づいて速度誤差を算出する誤差算出部と、前記誤差算出部から出力される誤差信号及び目標速度を参照して前記ステッピングモータを駆動するコントローラと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によるステップモータの速度制御装置は、ステッピングモータのフェーズ別に回転速度を制御することによって、ステッピングモータが均一な瞬間速度で回転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付された図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。
【００３２】
図５は、ＨＤＤのステッピングモータにおけるフェーズ別反復速度誤差を測定した結果を示すテーブルである。測定は、１”のＨＤＤ ３個（＃１、＃２、＃３）と０．８５”ＨＤＤ ２個（＃４、＃５）とに対して行ったものであり、一定の回転数に対する各フェーズ１〜１８での反復速度誤差を示すものである。ここで、回転数は３個の相異なる値が適用された。ステッピングモータのフェーズは、ロータの位置を表し、１８個のフェーズは、ステッピングモータの１回転角度を１８個に分けたものを意味する。
【００３３】
例えば、図５において最初の回転速度に対する１番フェーズでの速度誤差−０．１６は、ステッピングモータを最初の回転速度によって回転させる時、１番フェーズでの速度誤差が−０．１６であることを表す。
【００３４】
図５を参照すれば、各フェーズでの速度誤差が一定でないことが分かり、これは、ステッピングモータが部分的に一定でない速度で回転することを表す。一方、図５の下段のＭｉｎ、Ｍａｘ、そしてＳｕｍは、それぞれステッピングモータの１回転において、フェーズによる速度誤差の最小及び最小値、そして総和を表す。例えば、左側の最下側のＭｉｎ＝−０．１６、Ｍａｘ＝０．１１は、フェーズによる速度誤差が最小−０．１６、最大０．１１だけ発生することを表す。しかし、総和であるＳｕｍ＝０は、ステッピングモータの１回転全体をみた時の速度誤差は０であるということを表す。これは、ステッピングモータの平均速度は一定であるが、部分的に各フェーズによる速度、すなわち、瞬間速度が一定でないということを表す。
【００３５】
図６及び図７は、それぞれ図５に示した１”ＨＤＤ及び０．８５”ＨＤＤに対する反復速度誤差を示すグラフである。
【００３６】
図８は、本発明の例示的な実施形態によるステッピングモータの速度制御方法を示すフローチャートである。
【００３７】
本発明の例示的な実施形態によるステッピングモータの速度制御方法は、ステッピングモータの各フェーズごとに速度誤差を補償させることによってステッピングモータの瞬間速度が一定になるように制御することを特徴とする。この時、フェーズ別速度誤差は、一定の平均速度で回転するステッピングモータについて測定されたものである。すなわち、本発明によるステッピングモータの速度制御方法は、目標速度及び測定速度により制御しつつ、また、ステッピングモータのフェーズ別不均衡による微細誤差をフェーズ別に補償することによって、瞬間速度が安定した速度制御を行わせる。
【００３８】
まず、ステッピングモータを一定の平均速度で回転させつつ各フェーズ別に速度誤差を測定する（Ｓ８０２）。
【００３９】
Ｓ８０２過程を一定回数（Ｎ回）だけ反復してフェーズ別速度誤差の平均値を得る（Ｓ８０４）。Ｓ８０４過程の結果、フェーズ別速度誤差の平均値、すなわち、反復速度誤差が得られる。
【００４０】
図９は、本発明の例示的な実施形態による速度制御方法において、反復速度誤差を得ることを図式的に示すための波形図である。図９において、上段は、ステッピングモータ駆動パルスを示すものであり、下段は、逆起電力信号を波形整形したことを示すものである。ステッピングモータ駆動パルスは一定の周期を持つことに比べて、これにより駆動されるステッピングモータの逆起電力信号は、フェーズごとに若干の偏差を持つことが分かる。このような偏差は、ステッピングモータの機構的な不均一、特に、ステータ間の間隔の不均一により発生し、これによりステッピングモータが一定の平均速度で回転する間にも瞬間速度を変動させる要因となる。
【００４１】
本発明の例示的な実施形態では、図９に示すようなフェーズ別速度偏差を補償することにより、ステッピングモータが均一な瞬間速度で回転するように制御する。ここで、フェーズ別速度誤差は数回測定の平均値、すなわち、反復速度誤差として表現される。
【００４２】
前記反復速度誤差をフェーズ別に保存する（Ｓ８０６）。
【００４３】
目標速度によるステッピングモータのフェーズ別回転速度を測定する（Ｓ８０８）。
【００４４】
保存された反復速度誤差をステッピングモータのインデックス信号に同期してフェーズ別に順次的、かつ反復的に読み取る（Ｓ８１０）。
【００４５】
目標速度、フェーズ別測定速度、フェーズ別反復速度誤差を参照して速度誤差を算出し、速度誤差によってステッピングモータの速度を制御する（Ｓ８１２）。
【００４６】
本発明の例示的な実施形態による速度制御方法は、ステッピングモータの速度の制御において、ステッピングモータの機構的な不均一によるフェーズ別速度誤差を反復速度誤差により補償することにより、ステッピングモータが均一な瞬間速度を維持する。
【００４７】
図１０は、本発明の例示的な実施形態によるステッピングモータの速度制御装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図１０に示す速度制御装置は、誤差算出部１００２、コントローラ１００４、外乱補償部１００６、ステッピングモータドライバ１００８、速度測定部１０１０、反復速度誤差算出部１０１２、および反復速度誤差補償部１０１４を備える。
【００４９】
速度測定部１０１０は、ステッピングモータの回転速度を測定し、逆起電力信号を波形整形してステッピングモータの回転によるパルス信号を得、パルス信号間の周期を算出することによりステッピングモータの回転速度をフェーズ別に測定する。
【００５０】
速度測定部１０１０で出力されるフェーズ別測定速度は、反復速度誤差算出部１０１２の一側入力に印加される。
【００５１】
一方、反復速度誤差算出部１０１２の他側入力として、反復速度誤差補償部１０１４で出力されるフェーズ別反復速度誤差が入力される。
【００５２】
反復速度誤差補償部１０１４は、図７あるいは図８に示すところに該当するフェーズ別反復速度誤差を保存し、フェーズに合せて該当反復速度誤差を出力する。このような反復速度誤差補償部はメモリにより具現できる。
【００５３】
一方、反復速度誤差補償部１０１４には、フェーズに合せて反復速度誤差を決定するようにインデックス信号が印加される。インデックス信号は、ステッピングモータの基準位置を表す信号である。すなわち、反復速度誤差補償部１０１４は、インデックス信号を使用して各フェーズに対する反復速度誤差を同期させることによって、各フェーズに相応する反復速度の誤差を出力する。
【００５４】
反復速度誤差算出部１０１２の動作により、誤差算出部１００２は、目標速度、速度測定部１０１０で出力される測定速度、そして反復速度誤差補償部１０１４で出力されるフェーズ別反復速度誤差に基づいて速度誤差を算出する。
【００５５】
コントローラ１００４は、誤差算出部１００２で算出された誤差を補償するための制御を行う。ステッピングモータドライバ１００８は、コントローラ１００４で出力される駆動パルスを入力してステッピングモータを駆動する。
【００５６】
本発明は方法、装置、システムなどとして実行できる。ソフトウェアとして行われる時、本発明の構成手段は必然的に必要な作業を行うコードセグメントなどである。プログラムまたはコードセグメントは、プロセッサー判読可能媒体に保存され、または伝送媒体または通信網で搬送波と結合されたコンピュータデータ信号によって伝送されうる。プロセッサー判読可能媒体は、情報を保存または伝送できるいかなる媒体も含む。プロセッサー判読可能媒体の例には、電子回路、半導体メモリ素子、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＲＯＭ）、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ハードディスク、光繊維媒体、無線周波数（ＲＦ）網などがある。コンピュータデータ信号は、電子網チャンネル、光繊維、空気、電子系、ＲＦ網のような伝送媒体上に伝播できるいかなる信号も含まれる。
【００５７】
添付された図面に図示されて説明された特定の実施形態は、単に本発明の例として理解され、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明が属する技術分野で本発明に記述された技術的思想の範囲内で多様な他の変更が発生できるので、本発明は図示または記述された特定の構成及び配列に制限されるものではないということは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ステッピングモータの速度制御装置の関連技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来のステッピングモータの速度制御装置を示すブロック図である。
【図２】ステッピングモータ駆動信号と逆起電力との関係を示す波形図である。
【図３】ステッピングモータの概略的な構造を示す図面である。
【図４】ステータ間の間隔が不均一な場合に発生する逆起電力信号を示す波形図である。
【図５】ＨＤＤに適用されたステッピングモータにおけるフェーズ別反復速度誤差を測定した結果を示すテーブルである。
【図６】図５に示す１”ＨＤＤに対する反復速度誤差を示すグラフである。
【図７】図５に示す０．８５”ＨＤＤに対する反復速度誤差を示すグラフである。
【図８】本発明の例示的な実施形態によるステッピングモータの速度制御方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の例示的な実施形態による速度制御方法において、反復速度誤差を得ることを図式的に示すための波形図である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態によるステッピングモータの速度制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００２  誤差算出部
１００４  コントローラ
１００６  外乱補償部
１００８  ステッピングモータドライバ
１０１０  速度測定部
１０１２  反復速度誤差算出部
１０１４  反復速度誤差補償部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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