(57)【要約】【課題】低温時における発生トルクの拡大と低温時の定常回転のマージン確保を図るとともに、常温時の定常回転における低消費電力化を図るモータの駆動方式を提供すること。【解決手段】情報の記録媒体としての磁気ディスクと、磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッドと、磁気ディスクを駆動するモータと、を備えた磁気ディスク装置のモータ駆動方式において、モータは、多相Ｙ結線で中点を結ぶ接続点を有し、各相を順次に励磁するユニポーラ駆動方式と２つの隣接する相を同時に励磁するバイポーラ駆動方式とを備え、磁気ディスク装置内の温度が規定温度以下の低温時であればユニポーラ駆動方式を選定し、規定温度を超えればバイポーラ駆動方式を選定すること。ユニポーラ駆動方式又は前記バイポーラ駆動方式を選定することによってモータの定常回転を確保すること。【選択図】　　　　図４
2004015893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報の記録媒体としての磁気ディスクと、前記磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッドと、前記磁気ディスクを駆動するモータと、を備えた磁気ディスク装置のモータ駆動方式において、
前記モータは、多相Ｙ結線で中点を結ぶ接続点を有し、各相を順次に励磁するユニポーラ駆動方式と、２つの隣接する相を同時に励磁するバイポーラ駆動方式とを備え、
前記磁気ディスク装置内の温度が規定温度以下の低温時であれば前記ユニポーラ駆動方式を選定し、前記規定温度を超えれば前記バイポーラ駆動方式を選定する
ことを特徴とする磁気ディスク装置のモータ駆動方式。
【請求項２】
請求項１において、
前記ユニポーラ駆動方式又は前記バイポーラ駆動方式を選定することによってモータの定常回転を確保する
ことを特徴とする磁気ディスク装置のモータ駆動方式。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記磁気ディスク装置の内部又は外部に温度検出手段を設け、
前記温度検出手段による温度検出を前記磁気ディスク装置の起動時に実行して前記規定温度であるか否かを判断してモータ駆動方式を切り替え制御するとともに、起動時以後は所定時間間隔毎に温度検出を実行する
ことを特徴とする磁気ディスク装置のモータ駆動方式。
【請求項４】
請求項１、２又は３において、
前記モータの軸受が動圧流体軸受（ＦＤＢ）であることを特徴とする磁気ディスク装置のモータ駆動方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報記録再生に用いる磁気ディスク装置に関し、特に、使用温度など耐環境性が厳しく要求される場所、例えば自動車その他の乗り物に搭載されたときの磁気ディスク装置の駆動方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ディスク装置における磁気ディスクの積層枚数の増加やコンタクトスタートストップ（ＣＳＳ）方式の採用に伴って、スピンドルモータの起動時に必要とされる起動トルクが大きくなってきており、この要求を満たす従来技術が特許第２７９６３３３号公報に記載されている。この公報の記載によれば、スピンドルモータのコイルは３相Ｙ結線され、コイル各相内に引出線を設けてステータの巻数を切り換えてモータ制御している。具体的には、起動時に必要とされる大きなトルクを得るために起動時にｎ回巻全領域を使用し、定常回転に至る過程で引出線を使用してステータ巻線の部分領域に切り換えている。
【０００３】
また、米国特許第５４７１３５３号明細書には、ディスク装置において複数のモータ駆動方式を具備し、モータの定常回転への過程で駆動方式を切り換える技術が開示されている。この明細書によると、スピンドルモータは２又はそれ以上のコイル巻線を有し、ユニポーラモードやバイポーラモードでスピンドルモータを駆動する。具体的には、ディスクドライブの起動時にバイポーラモードを用い、定常回転時にはユニポーラモードが用いられ、モータ起動時には低電流でトルクの大きいバイポーラモードが採用される構成となっている。即ち、バイポーラ駆動方式を採用することにより起動時に大きなトルクを得て、立ち上がりの過程でユニポーラ駆動方式に切り換えて逆起電圧を抑えて定常回転を可能とするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
外部記憶装置として用いられる磁気ディスク装置は、一般的にパーソナルコンピュータに搭載されることを想定しており、動作を保証する温度範囲が仕様上定められている。例えば、従来の磁気ディスク装置は５℃〜５５℃程度を動作保証する温度としていた。
【０００５】
近年、磁気ディスク装置は、パーソナルコンピュータ以外のポータブル機器に使用され始め、活用用途が拡大されつつある。これに伴って従来の使用条件に比べて温度範囲が拡大される方向にある。例えば、自動車に搭載されるナビゲーションシステムにおいては、環境温度が厳しい条件で使用されるため、磁気ディスク装置の温度範囲は−３０℃〜８５℃となっている。
【０００６】
一方、磁気ディスクを回転させるスピンドルモータは、従来の玉軸受を使用したものに加えて、小型化及び薄型化の要望に応じて、動圧流体軸受（ＦｌｕｉｄＤｙｎｍｉｃ　Ｂｅａｒｉｇ：ＦＤＢ）を利用した構造も実用化している。これらの軸受を備えたモータを回転させる場合、軸受に用いられるグリース又はオイルの粘度が温度に依存するために回転負荷が温度特性を有することとなる。特に、低温時は負荷が増大するため、通常使用状態である常温時に比べて、大きなトルクを必要とする。
【０００７】
磁気ディスク装置のスピンドルモータは直流（ＤＣ）モータが使用されており、上述した負荷変動範囲をカバーするために、モータのトルク特性としては、低温時に必要とされる発生トルクに対して逆起定数（トルク定数と等価）を下げて大きな電圧マージン（モータトルク特性と負荷特性の間に生じる差）を確保する必要がある（詳細は後述する）。このことはトルク定数を下げることを意味するものであるため、モータの駆動電流が増加し消費電力の大きなモータとなってしまう。ポータブル機器にとって低消費電力化が求めれているので、前述したモータ駆動電流が増加することは解決すべき課題となっている。
【０００８】
また、従来技術として示した特許第２７９６３３３号公報では、モータ起動時に必要とされる大きなトルクの確保と、定常回転時の回転マージンの確保とを両立させることが開示されているのであって、低温時における定常回転に必要なトルクの発生や常温時における低消費電力化（駆動電流を少なくすること）についての配慮は為されていない。更に、上述した米国特許明細書においては、複数のモータ駆動方式を備え、起動時にはバイポーラ駆動方式を使用し、起動の過程で切り換えてユニポーラ駆動方式を使用するものであって、低温時の定常回転に関する課題を解決するものではない。
【０００９】
本発明の目的は、低温時における発生トルクの拡大と低温時の定常回転のマージン確保を図るとともに、常温時の定常回転における低消費電力化を図るモータの駆動方式を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
情報の記録媒体としての磁気ディスクと、前記磁気ディスクに情報を記録再生する磁気ヘッドと、前記磁気ディスクを駆動するモータと、を備えた磁気ディスク装置のモータ駆動方式において、
前記モータは、多相Ｙ結線で中点を結ぶ接続点を有し、各相を順次に励磁するユニポーラ駆動方式と２つの隣接する相を同時に励磁するバイポーラ駆動方式とを備え、
前記磁気ディスク装置内の温度が規定温度以下の低温時であれば前記ユニポーラ駆動方式を選定し、前記規定温度を超えれば前記バイポーラ駆動方式を選定する磁気ディスク装置のモータ駆動方式。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置のモータ駆動方式について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に関する磁気ディスク装置の全体構成を示す図である。
【００１２】
図１は、現状のノート型パソコンに搭載されている２．５型磁気ディスク装置の斜視図である。この磁気ディスク装置は、筐体４０５にスピンドルモータ（不図示）が圧入もしくは接着固定されている。更に、スピンドルモータは、それが有するハブの部分に、２枚の磁気ディスク４００をクランプ４０６により又は接着剤により固定する。磁気デイスク４００は、通常はアルミニウム基材にスパッタリング等によって磁性膜を形成したものである。スピンドルモータのシャフトは簡単に図示されており、このモータは、ロータ６ａとステータ６ｂを有し（図２参照）、ロータ６ａは、ボールベアリング又は動圧軸受その他の軸受手段により内部で回転支持されている。
【００１３】
筐体４０５上にはキャリッジ４１３が設けられている。そして、キャリッジ４１３には、サスペンション４０２の先端に磁気ディスク４００へ情報を読み書きする磁気ヘッド４１１が取り付けられている。更に、キャリッジ４１３は、ピボット４１２により磁気ディスク４００の半径方向の自由度を有し、筐体４０５に固定されているＶＣＭ４０７により磁気ディスク４００面上の所定の位置まで揺動駆動され、移動することが可能となっている。筐体４０５は、内部の構成部品を完全に密閉するか、小さな呼吸孔を介して、半密閉状態となっている。
【００１４】
磁気ヘッド４１１からの信号は、ＦＰＣ（フレキシブルプリント回路）４０３を介しプリアンプＩＣ４０４より増幅処理される。更に、ＰＣＢ（プリント回路基板）４０８へは図示しないコネクターを介して接続され、電子部品４０９で信号処理され外部コネクター４１０により信号が外部へ送られる。
【００１５】
図２は本実施形態に関する磁気ディスク装置に用いられるスピンドルモータ（以下、モータと称する）の概念図である。モータ６の構造例を、図１と図２を参照しながら説明すると、モータは、そのシャフトに固定されるロータ６ａと、筐体４０５側に固定されるステータ６ｂを含んでいる。ローターハウジングの内側には円周方向に等分に着磁された円筒状の永久磁石即ちマグネットが取りつけられる。ステータ６ｂは、軟鋼板その他の磁性材料を打ち抜いて積層したもので、外周部に複数箇所のスロットと磁極を有し、それぞれの磁極にコイルを巻いて成るものである。図２の構造例によると、スロットは９個を有し、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相が順番に配置されている。
【００１６】
次に、本発明の実施形態に係るモータ駆動方式の種類、並びにそれらの機能及び作用について、図３、図４及び図５を参照しながら説明する。図３は本実施形態に使用するＤＣモータのトルクと回転数の関係、トルクと駆動電流の関係を示す特性図である。図４は本実施形態に関する３相Ｙ結線モータにおけるバイポーラ駆動方式（図のＢ曲線）とユニポーラ駆動方式（図のＵ曲線）でのトルク−回転数曲線、トルク−駆動電流曲線を示す特性図である。図５は本実施形態に関する３相Ｙ結線ＤＣモータにおけるバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式の駆動電流を示す図である。
【００１７】
図３に示すＤＣモータの特性図の関係を式で示すと、
Ｖｃｃ＝Ｋｅ×Ｎ＋ｉ×Ｒ　…（１）
Ｔ＝Ｋｔ×ｉ　…（２）
ここで、Ｖｃｃはモータへの直流印加電圧であって一定値を示し、Ｋｅは逆起電力定数（以下、逆起定数と称する）であり磁界の強さとコイルのターン数で決まる値であり、Ｎはモータの回転数であり、ｉは駆動電流であり、Ｒはコイルと回路の抵抗値を表す。また、Ｔはモータのトルクであり、Ｋｔはトルク定数であり磁界の強さとコイルのターン数で決まる値である。ＫｅとＫｔは呼称は異なるが、実質的には等価のものである。
【００１８】
式１と式２から
Ｖｃｃ＝Ｋｅ・Ｎ＋（Ｒ／Ｋｔ）×Ｔ
Ｎ＝−｛Ｒ／（Ｋｔ・Ｋｅ）｝・Ｔ＋（Ｖｃｃ／Ｋｅ）　…（３）
式３が得られる。
【００１９】
図３は式３と式２を図示したものであり、（Ｔ−Ｎ）曲線は傾きが｛−Ｒ／（Ｋｔ・Ｋｅ）｝でありＮ軸の切片が（Ｖｃｃ／Ｋｅ）である。また、（Ｔ−ｉ）曲線は傾きが（１／Ｋｔ）である。
【００２０】
ここで、本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置では、例えば、自動車に搭載されるナビゲーションシステムに使用される場合、環境温度が厳しい条件となり、その温度範囲は−３０℃〜８５℃となる。特に、磁気ディスク装置の温度環境が低温時には、ＤＣモータの軸受が動圧流体軸受（ＦＤＢ）であれば、常温時との比較において軸受の潤滑特性が異なり、モータの回転負荷が温度特性を有することとなる（玉軸受でも程度の差はあっても同様な現象が生じる）。具体的には、低温時にはＦＤＢの軸受オイル又はグリースの粘度が低下することによって回転負荷は常温時よりも増大する。この軸受による低温時（１）と常温時（２）の負荷特性を図３の点線で示す。なお、モータの回転負荷には軸受負荷以外にも磁気ディスクの風損等があるが、ＦＤＢによる負荷の方が風損等よりも数倍大きい。
【００２１】
図３の負荷特性から分かるように、定常回転の例えば４２００ｒｐｍにおいて、低温時の負荷特性によるとＡ点に対応するＴａのトルクを必要とし、常温時ではＴｂのトルクで定常回転することができる。図３の例では低温時には、低温時に必要なトルクＴａがＴｏ（４２００ｒｐｍの定常回転でモータ自体が発生するトルク）よりも大きいので定常回転が得られないこととなる。
【００２２】
そこで、検討するに、低温時にも定常回転を確保するには、モータの負荷特性を図３の（２）のように変えること、即ち負荷を下げることが考えられる。具体的には玉軸受の場合にグリースの粘度を下げたり、ＦＤＢの場合にその流体の粘度を下げればよい。しかしながら、粘度の低下は、磁気ディスク装置の高温時にＦＤＢが回転体を支持するための圧力が不足してしまうことに繋がる。この圧力不足によって、外部振動に対して軸振れが大きくなってしまったり、軸受部が接触して摩耗してしまったりして、磁気ディスク装置の信頼性が低下することとなる。
【００２３】
また、低温時の定常回転を確保するために、図３に示す（Ｔ−Ｎ）曲線がＡ点よりも右側を通るように、式３を参照して逆起定数Ｋｅを下げることが考えられる。このＫｅを下げることはトルク定数Ｋｔを下げることであり、式２とＶｃｃが一定値ということから、駆動電流が大となり消費電力が大となってしまい、低消費電力化と相容れない。
【００２４】
そこで、本発明では、結論的に云えば、Ｙ結線ＤＣモータにおいて、低温時には逆起定数の低いユニポーラ駆動方式で駆動して定常回転を確保し、常温時にはバイポーラ駆動方式に切り換えて低電流で大きいトルクを確保することが主たる特徴となるものである。
【００２５】
以下、本発明の実施形態に係るモータ駆動方式について、図４〜図７を参照しながら具体的に説明する。図４と図５の説明は上述したとおりであり、図６は本実施形態に関する３相Ｙ結線ＤＣモータにおけるバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式における各相コイルの電流波形を示す図である。図７は本実施形態に関するバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式の駆動方式切替とそれぞれの駆動方式の駆動態様を示す図である。
【００２６】
図２に示すモータのステータとロータの構造を例にとって説明すると、図２では９スロットのＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相Ｙ結線ＤＣモータを例示している。図５に示すように、ユニポーラ駆動方式は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を互いに重複することなく順次に駆動する方式であり、図６の（２）に示す電流波形を形成し、図５の（２）では３／９スロットを励磁している。バイポーラ駆動方式は、Ｕ相とＶ相を同時に駆動し（▲１▼）、次いでＷ相とＶ相を同時に（▲２▼）、続いてＷ相とＵ相を同時に（▲３▼）、更に駆動電流の向きを逆にしてＶ相とＵ相を同時に（▲４▼）、次いでＶ相とＷ相を同時に（▲５▼）、続いてＵ相とＷ相を同時に駆動して（▲６▼）、図６の（１）に示す電流波形となっていて、常時にＵ、Ｖ、Ｗのいずれか２つの相（バイポーラ）に電流を流して駆動する方式であり、６／９スロットを励磁している。
【００２７】
図４には、ＤＣモータの（Ｔ−Ｎ）曲線と（Ｔ−ｉ）曲線をユニポーラ駆動方式（図のＵで示す）とバイポーラ駆動方式（図のＢで示す）とで示しており、（Ｔ−Ｎ）曲線を例に取ると、ユニポーラ駆動方式ではコイルのターン数（巻数）がバイポーラ駆動方式に比べて１／２になるので（図５の励磁態様を参照）、逆起定数Ｋｅは１／２となり（バイポーラ駆動方式に比べて）、Ｎ軸の切片が大となるとともに傾斜も立ってくる（図４のＴ−Ｎ曲線のＵ参照）。一方、（Ｔ−ｉ）曲線では、ユニポーラ駆動方式の場合、Ｋｅ＝ＫｔであってＫｔが１／２となり、式２の関係とから、（Ｔ−ｉ）曲線は図示のように立ってくる（Ｂの曲線に比べて）。
【００２８】
図４の（Ｔ−Ｎ）曲線から分かるように、ＦＤＢを主にした負荷トルクが低温時の−２０℃の場合に、Ｂの曲線では定常回転数（例えば４２００ｒｐｍ）に達しないが、Ｕ曲線ではマージンを保って定常回転数を確保することができる。但し、ユニポーラ駆動方式を採用すると駆動電流の点では２倍となる。
【００２９】
以上の関係を取りまとめると、コイルターン数（巻数）の観点ではバイポーラ駆動方式（Ｂ方式）で１とすればユニポーラ駆動方式（Ｕ方式）で１／２となり、Ｋｅ（Ｋｔ）の観点でＢ方式で１であればＵ方式で１／２となり、駆動電流の観点でＢ方式で１であればＵ方式で２となる。因みに、図４の（Ｔ−Ｎ）曲線において、Ｂ方式とＵ方式が図示する傾向を示すことの根拠を示すと、式３を参照すると、Ｂ方式との対比におけるＵ方式は、その傾斜においてＲ／（Ｋｔ・Ｋｅ）が（２／３）／（１／２×１／２＝１／４）＝８／３（約２．７）となり、Ｎ軸の切片において１／Ｋｅが１／（１／２）＝２　となるからである。なお、Ｒはコイルだけに限れば１／２であるが回路抵抗も含めるので２／３とした。
【００３０】
次に、図７に示すＢ方式とＵ方式の切替制御回路を説明すると（モータ自体のコイル構造はＢ方式とＵ方式に関わらず同一である）、図７は、図５に示すＢ方式とＵ方式において各Ｕ、Ｖ、Ｗ相に流れる経時的な電流制御を実施するための制御回路である。図７でＳｃはＢ方式とＵ方式を切り替えるスイッチであり、Ｕ方式の場合にはオンとなりＢ方式の場合はオフとなる。更に、Ｓ１〜Ｓ６は各相にＶｃｃを印加したり、ＧＮＤに導通させるためのスイッチであって、図５に示す径時的な電流制御を行う。これらのスイッチＳｃ、Ｓ１〜Ｓ６の動作制御はマイコンで実行させることができる。例示すると、図５のバイポーラ駆動方式における▲１▼の場合には、Ｓｃをオフにし、Ｓ１とＳ４のみをオンにすればよい。ユニポーラ駆動方式の場合には、Ｓｃをオンにし、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５のみを順次オンにすればよい。
【００３１】
次に、低温時と常温時の駆動方式の切替は、磁気ディスク装置に内蔵された既存の温度検出手段を利用すれば良い。即ち、磁気ディスク装置には、データ書き込みに際して動作保証温度が規定されており、この温度を超えると書き込みの禁止をするようになっていて、そのために温度検出手段が設置されている。本実施形態では、この既存の温度検出手段を利用してこの検出出力により、モータの駆動方式を選定するようにすればよい。なお、ＦＤＢの回転負荷にも因るが、一例として５°以上となればバイポーラ駆動方式に切り替える。また、駆動方式の切り替えは、磁気ディスク装置の規定温度に限らず、ユニポーラ駆動時の電流を監視して（負荷変動の１つの検知手法）電流が下がった場合にバイポーラ駆動方式に切り替えても良い。また、以上の説明では３相Ｙ結線モータについて説明したがこれに限らず多相のＹ結線モータであっても良い。
【００３２】
また、本発明の実施形態においては、まず、磁気ディスク装置の始動時に温度検出手段で環境温度を検出して、検出温度が規定温度より低い低温度であればユニポーラ駆動方式を選定し、適宜の時間間隔で温度検出を実施して規定温度を超えればバイポーラ駆動方式に切り替えるものである。そして、磁気ディスク装置の温度を常時又は所定時間間隔で監視して温度が下がればユニポーラ駆動方式に切り替える。
【００３３】
また、本発明の実施形態では現在採用されている中点を有するＹ結線のスピンドルモータをそのまま利用でき、新たにスイッチング素子としてのトランジスタの追加とモータドライブの駆動タイミング制御の追加で実現できる。
【００３４】
以上のように、本発明は、Ｙ結線モータにおいて、低温時に逆起定数の低いユニポーラ駆動方式で駆動して定常回転を確保し、定常回転中は温度を監視して規定温度に上昇したときにバイポーラ駆動方式に切り替えるものであり、磁気ディスク装置の使用開始時に温度が高ければ（温度検出手段の検出出力により検知）、使用開始時からバイポーラ駆動方式を採用すればよいものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、低温時の定常回転に必要なトルクを発生させることができ、常温時の通常回転時に低消費電力化を実現することができる。即ち、低温時の定常回転の保証（発生トルクの拡大）と常温時の低消費電力を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に関する磁気ディスク装置の全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態に関する磁気ディスク装置に用いられるスピンドルモータの概念図である。
【図３】本実施形態に使用するＤＣモータのトルクと回転数の関係、トルクと駆動電流の関係を示す特性図である。
【図４】本実施形態に関する３相Ｙ結線モータにおけるバイポーラ駆動方式（Ｂ曲線）とユニポーラ駆動方式（Ｕ曲線）でのトルクー回転数曲線、トルクー駆動電流曲線を示す特性図である。
【図５】本実施形態に関する３相Ｙ結線ＤＣモータにおけるバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式の駆動電流を示す図である。
【図６】本実施形態に関する３相Ｙ結線ＤＣモータにおけるバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式における各相コイルの電流波形を示す図である。
【図７】本実施形態に関するバイポーラ駆動方式とユニポーラ駆動方式の駆動方式切替とそれぞれの駆動方式の駆動態様を示す図である。
【符号の説明】
６ａ　スピンドルモータのロータ
６ｂ　スピンドルモータのステータ
４００　磁気ディスク
４０３　フレキシブルプリント回路
４０４　プリアンプＩＣ
４０５　筐体
４０６　クランプ
４０８　プリント回路基板（ＰＣＢ）
４０９　電子部品
４１０　外部コネクタ
４１１　磁気ヘッド
４１２　ピボット
４１３　キャリッジ
４０７　ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）
【図１】
2004015893.tif 000003
【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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