(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法において、
ステータ巻線がエアーギャップにほぼ等ピッチで作る回転磁界の極数をＰ（極）とし、該モータを回転数ｎ（ｒｐｓ）で駆動するためにステータ巻線に印加するパルス波の励磁電圧を時間ｔに対してｖ（ｔ）と表したとき、
該励磁電圧ｖ（ｔ）の波形が、電圧の振幅の最大値がＶｍ（Ｖ）、同期周波数ｎ・Ｐ／２（Hz）であり且つ位相が互いに等しい正弦波と方形波とにより囲まれた領域に存在する略台形波であって、任意の時間における電圧勾配の絶対値が８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／Ｓ）よりも小さく、転流前後の電圧勾配の絶対値の最大値が２π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／Ｓ）以上であり、該電圧勾配の絶対値の最大値が電圧の転流前後の立ち上がり部、または立ち下がり部であることを特徴とする情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項２】
前記励磁電圧ｖ（ｔ）の波形は等脚台形波形または等脚の鍋底状波形であることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項３】
前記励磁電圧ｖ（ｔ）の波形は不等脚の台形波形または不等脚の鍋底状波形であることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項４】
前記励磁電圧ｖ（ｔ）の波形の立ち上がり部の平均電圧勾配が、立ち下り部の平均電圧勾配より大きいことを特徴とする請求項３に記載の情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項５】
前記記録円盤駆動装置はフロッピーディスクドライブ（ＦＤＤ）であることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項６】
前記モータはロータに永久磁石を持つタイプであり、該ロータ磁石の極数Ｐ（極）が、ステータ巻線１相分がエアーギャップ中に作る回転磁界の極数と等しいモータであることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動方法。
【請求項７】
モータの回転数を指令する回転数指令信号のパルスに応じてカウントＵＰまたはカウントＤＯＷＮするカウンタと、該カウンタのカウント値に応じて、各相ごとの励磁電圧波形が、正弦波形でも方形波でもない連続波形であり、電圧の振幅の最大値がともにＶｍ（Ｖ）、同期周波数がともにｎ・Ｐ／２（Ｈｚ）であり且つ位相が互いに等しい正弦波と方形波との間に存在し、任意の時間における電圧勾配の絶対値が８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／Ｓ）を越えない波形となるような波形データを出力するＲＯＭと、該ＲＯＭから出力された前記波形データに基づいて前記モータのステータ巻線に印加する前記波形の励磁電圧を生成する手段とを備えたことを特徴とする情報記憶装置の記録円盤駆動装置に用いられる２相クローポール型ステッピングモータの駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は情報記録装置の記録円盤駆動用スピンドルモータの駆動方法に関し、詳しくは、２相クローポール型ステッピングモータの駆動電圧波形に関するものであり、コイルの励磁の際の電圧波形に関する。さらに詳しくは、２相クローポール型ステッピングモータにおいて、その発生トルクを低下させることなく且つ、装置に内蔵されている読み出し／書き込みヘッド信号に重畳する励磁ノイズの発生を少なくすることができる２相クローポール型ステッピングモータの励磁電圧波形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路によって、低電圧の直流電源から自由に励磁電圧（波形）が生成できる今日においては、同期モータを用いた駆動システムはコストの点から優位な構成と言える。特に、同期モータに低電圧の２相クローポール型ステッピングモータを用いた構成においては、位置検出器および速度検出器が不要であり且つ、モータ構成自体も簡単であり、最も安価に構成できるモータ駆動システムと言える。
【０００３】
しかし、同期モータといってもパワーが必要な大型モータは商用電源（交流正弦波電圧）で駆動している。一方、情報記録装置等に用いられる小型／低電圧用の小型モータにおいては、定格回転数が、装置側の都合により任意に決められること、また、精度上、記録媒体をダイレクト（減速機構を用いず）に回転駆動しなければならないことから、商用電源では回転数を合わせることが困難となり使用できない。従って、直流電源を用いて電子回路により必要な相数／電圧／周波数の励磁電圧波形を生成している。その際、励磁電圧波形は方形波（矩形波）である場合が多い。
【０００４】
ところが励磁電圧波形が方形波の場合、波形の立ち上がり／立ち下がり部である励磁の切り替わり時点（バイポーラ励磁の場合は励磁が正から負に、または負から正になるポイント、ユニポーラ励磁の場合は励磁がＯＮからＯＦＦに、またはＯＦＦからＯＮになるポイントであるいわゆる転流ポイント）における電圧勾配（単位時間の電圧変化）が著しく急峻となり、これに対応してモータコイル内にはスパイク状の電圧、いわゆる励磁ノイズが発生する。特に、大きなソレノイド状コイルが形成されるクローポール型ステッピングモータにおいては、コイル自体のインダクタンスが大きいため、その分励磁ノイズも大きくなる。励磁ノイズは、その一部が電磁波として空気中を伝わって情報記録装置内の読み出し／書き込みヘッドと電磁的に鎖交して信号電圧に重畳し、また、他の一部は電源ラインを介して直接ヘッド中の信号電圧に重畳する。いずれにしても、励磁ノイズは装置内の信号電圧のＳ／Ｎ比を悪化させるという欠点を有する。また、最悪の場合には励磁ノイズにより信号電圧が変化してしまい、誤った情報の読み出し／書き込みをしてしまうという致命的な欠点も生じるおそれがある。
【０００５】
そこで、モータ構成を変えることなく励磁電圧波形の工夫で励磁ノイズの発生を少なくする方法として励磁電圧波形の電圧勾配を小さくする方法がある。この方法によると、励磁ノイズは確かに低下するが、モータに注入される電力（特に、モータに有効トルクを発生させる電圧成分）も低下してしまい、結果としてモータ発生トルクが減少するという欠点がある。
【０００６】
このようにモータの励磁電圧波形、特に電圧勾配は情報記録装置には情報を確実にアクセス（読み出し／書き込み）する上で重要なファクタであるため、できるだけ励磁ノイズの発生が少なく且つ、モータの発生トルクの低下を招かない励磁電圧波形が求められているが、この点に関する定量的な技術はいまのところ見当たらない。
【０００７】
一方、従来のブラシレスＤＣモータを用いた構成においては、コイルのインダクタンスが小さいことと、転流周期が長いことから、励磁ノイズ自体は比較的問題とならなかった。また、発生トルクについては、ロータの位置を検出して転流するタイミングを決めることから、位置検出器の取付け誤差（精度）に対する依存性の方が大きく、励磁波形そのものに対する依存性は比較的小さく、励磁電圧波形（特に、電圧勾配）に依存した励磁ノイズの発生や発生トルクの低下を起こしにくいという特徴があった。しかし、この従来のブラシレスＤＣモータでは駆動回路が複雑なことと各種の検出器が必要なことからコストが高くなるという欠点があり、昨今のコストダウンの要請に応えきれないという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように情報記録装置用に同期モータを用いればシステム全体を安価に構成できる。しかし、先に述べた理由で、励磁電圧に商用電源を用いることができず、電子回路技術を用いて必要な電圧／相数／周波数の励磁電圧波形を生成しなければならない。しかしながら生成する励磁電圧波形、特に波形の電圧勾配によって、励磁ノイズの発生量とモータ発生トルクが大きく影響を受ける。すなわち、電圧勾配が小さければ励磁ノイズの発生は小さくなるが、モータトルクも小さくなる。一方、電圧勾配を大きくすれば、モータトルクの発生は大きくなるが、同時に励磁ノイズの発生も大きくなるという相矛盾する関係がある。
【０００９】
本発明はこのような事情にかんがみてなされたものであって、その目的は、装置の読み出し／書き込み信号に影響を与えない程度の小さいレベルの励磁ノイズ発生量とし且つ、モータの実質的発生トルクの低下を防ぐようにしたモータの駆動方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
同期モータの駆動において、ステータ巻線によって作られるエアーギャップ中の回転磁界の極数（一般的には、該極数はロータに永久磁石を持つ同期モータでは、ステータ１相分が作る回転磁界の極数はロータの永久磁石の極数に等しい）と回転数で決まる周波数（これを「同期周波数」と呼ぶ）で交番するコイル励磁電圧波形の、最大電圧勾配の絶対値をある値以下にすることにより励磁ノイズの発生を抑えることができた。また、この最大電圧勾配（特に、転流前後の電圧立ち上がり／立ち下がり部に生じる最大電圧勾配）の絶対値をある値以上確保することによりモータ発生トルクの低下も抑えることができた。具体的には、ステータ巻線がエアーギャップ中にほぼ等ピッチで作る回転磁界の極数Ｐ（極）の同期モータを回転数ｎ（ｒｐｓ）で駆動する励磁電圧を時間ｔに対してｖ（ｔ）と表したとき、励磁電圧ｖ（ｔ）の波形が、正弦波形でも方形波でもない連続波形であり、電圧の振幅の最大値がともにＶｍ（Ｖ）、同期周波数がともにｎ・Ｐ／２（Ｈｚ）であり且つ位相が互いに等しい正弦波と方形波との間に存在し、任意の時間における電圧勾配の絶対値が８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／ｓ）を越えない範囲とすることにより励磁電圧の急峻な変化にともなって生じる励磁ノイズの発生を抑える。また、転流前後の電圧波形の立ち上がり／立ち下がり部の最大電圧勾配の絶対値を２π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／ｓ）以上とすることにより有効トルクを発生させる電気エネルギーの低下を防ぎ、トルク低下を最小限とすることができた。
【００１１】
以上のことから、読み出し／書き込みヘッドの信号電圧に重畳する励磁ノイズが少なく、Ｓ／Ｎ比のよい駆動装置が構成できるとともに、モータの発生トルクも十分確保できるモータ駆動方法を提供することができた。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面を用いて説明する。
【００１３】
以下では本発明による情報記録装置の一例として３．５インチのＦＤＤ（Ｆｌｏｐｐｙ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）を例にとって説明する。図１（ａ）および（ｂ）は３．５インチ用のＦＤＤを本発明の説明の都合上、必要な部分だけを抜き出して概念的に示したものであり、図１（ａ）は記録円盤を外した状態で示す概念図、図１（ｂ）は記録円盤を装着した状態で示す概念図である。
【００１４】
図１において、１は情報記録用の円盤状の磁気記録媒体（以後は「記録円盤」という）であり、この記録円盤１の表裏両面に磁気的微粒子が塗布されており、中心部には２ケの穴を持つ皿状の鉄系チャッキングハブ１´が、はめ込まれている。記録円盤１全体は記録媒体面を保護し、且つ可搬性をよくするために、プラスチック性のケース（図示せず）に収められた構造になっている。
【００１５】
２は磁気ヘッドであり、記録円盤１に対して情報のアクセスを行う。すなわち、磁気ヘッド２が記録円盤１に接触した状態で、記録円盤１上に記録されている情報を磁性粒子の磁気的変化として読み取る。また、書き込みについては、記録円盤１上の磁性粒子に磁気的変化を与えることにより、情報を書き込む。つまり磁気ヘッド２は内蔵しているコイルにより、記録円盤１に書き込まれている情報を読み出したり、書き込んだりする機能を持っている。
【００１６】
３は磁気ヘッド２を搭載したヘッドキャリッジと呼ばれる部分であり、磁気ヘッド２はその先端部に設けられている。ヘッドキャリッジ３は、磁気ヘッド２を記録円盤１上の適切な位置（トラック）に直線移動させる機構であり、アクチュエータモータ６と、その回転運動を直線運動に変換するスクリュー５とで構成されている。回転運動を直線運動に変換するために、ヘッドキャリッジ３の一部に設けられたナット部３ａがスクリュー５の溝に螺合しており、スクリュー５が回転すると、ヘッドキャリッジ３全体が直線運動するようになっている。このようにして、アクチュエータモータ６に与えられる位置指令（アクチュエータモータ６に与えるパルス数で決まる）により、磁気ヘッド２を記録円盤１の任意のトラック位置に適宜移動させることができる。
【００１７】
７は記録円盤１を回転させるスピンドルモータであり、実施例では同期モータが採用されている。スピンドルモータ７の回転軸先端には、記録円盤１の中心部の鉄系チャッキングハブ１´を磁気力で安定して保持しながら回転させるチャッキング機構８が設けられている。その結果、記録円盤１はスピンドルモータ７のチャッキング機構８にクランプされた状態で安定して回転する。
【００１８】
まず、本発明に用いる円盤駆動用のスピンドルモータ７を永久磁石型の同期モータの一種であるところの２相クローポール型ステッピングモータで構成した例について説明する。
【００１９】
図２はインナーロータ型のモータの断面図であり、モータは基板１０の上に取付けられている。モータは基板１０上に２つのステータヨーク１１と１２が重ねて配置されており、各ステータヨーク１１、１２の内部にはステータコイル１３、１４が収納されている。ステータヨーク１１、１２の中央は円筒形に形成されていて、その側壁には極歯１５、１６が形成されている。ステータヨーク１１、１２の内側に形成された円筒形の空間の中央には、基板１０から軸受１７が立設されており、この軸受１７には回転軸１８が回転自在に軸承されている。この軸受１７の下端はスラスト受１９により基板１０に回転自在に支えられている。回転軸１８の上端にはカップ状の回転子２０が取付けられている。回転子２０の極歯１５、１６との対向部分には回転子磁石２１が固定されている。回転子２０の上部すなわちカップ形状の底部は記録円盤１のチャッキングハブ１´を保持するチャッキング部８を形成している。２２は記録円盤１のハブの孔と嵌合するピンである。
【００２０】
図３はアウタロータ型のモータの断面図である。このモータの構造のうち図２に示した構成部分と同一の構成部分には同一の符号を付し、必要な場合を除きそれらの説明を省略する。
【００２１】
図２に示した場合と同様に、モータは基板１０の上に取付けられている。モータは基板１０の上に２つのステータヨーク１１と１２が重ねて配置されており、各ステータヨーク１１、１２の内部にはステータコイル１３、１４が配置されている。ステータヨーク１１、１２の中央は円筒上の空間になっている。その円筒形空間の中には、基板１０から立設された軸受１７が設けられており、この軸受１７には回転軸１８が回転自在に軸承されている。この軸受１７の下端はスラスト受１９により基板１０に回転自在に支えられている。ステータヨーク１１、１２の外側の側壁には極歯１５、１６が形成されている。回転軸１８の上端にはカップ状の回転子２３が取付けられている。回転子２３の極歯１５、１６と対向している部分には回転子磁石２１が固定されている。回転子２３の上部すなわちカップ形状の底部は前記記録円盤１のチャッキングハブ１´を保持するチャッキング部８を形成している。２２は記録円盤１のハブの孔と嵌合するピンである。
【００２２】
なお、本説明においては、ロータに永久磁石を持ったクローポールタイプのインナーロータ型またはアウタロータ型ステッピングモータを使用した例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、ロータ位置検出器を持たないモータで、ステータ巻線によってエアーギャップ中にほぼ等ピッチの回転磁界を生ぜしめ、この回転磁界に同期してロータが回転する、いわゆる同期モータであればどんなタイプのモータにも適用できる。具体的には、ハイブリッド型のステッピングモータや、特願平７−３１３８６１号で示した永久磁石型の同期モータ等がある。また、永久磁石をまったく用いないタイプのＶＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）型ステッピングモータや、アクション（リラクタンス）型の同期モータにも適応できる。なお、ロータに永久磁石を用いるタイプのモータ（クローポール型ステッピングモータや永久磁石型同期モータの場合）におけるステータ巻線１相分がエアーギャップ中に生ぜしめるほぼ等ピッチの回転磁界の極数は、前述したとおり、一般的にはロータ磁石の磁極と同数である。しかしながら特願平７−３１３８６１号で示される永久磁石型同期モータではこの限りではないが、この際には、ステータ巻線がエアーギャップ中に作る回転磁界の極数と回転数で決まる同期周波数の交番電圧を考えればよい。
【００２３】
従って、以後ではスピンドルモータにクローポール型ステッピングモータを使用した場合について説明する。
【００２４】
次にスピンドルモータ７の駆動について説明する。前述した構成のモータを用い、記録円盤１を回転駆動する（情報をアクセスする）場合は、通常のステッピング（同期）モータの駆動と同じく同方法で駆動できる。すなわち、モータのステータコイル１３、１４に、回転数、ロータ磁石の極数と、励磁モードで決まる励磁周波数、いわゆる、同期周波数の励磁電圧を与えればよい。このような電圧の印加は、トランジスタ等を用いて所望の速度の回転磁界ができるように、適切なタイミングでステータコイルへの励磁を切替えればよい。
【００２５】
従来の具体的な回路図を図４に、そのタイムチャートを図５に示す。なお、本図では２相クローポール型ステッピングモータをバイポーラ駆動した場合のものである。
【００２６】
図４は回転数指令を分周器１００で分周し、マトリクス回路１０１で２相バイポーラ信号を生成する。マトリクス回路１０１の１つの出力はパワーＡＭＰ１０２Ａに、他の出力はパワーＡＭＰ１０２Ｂに各々入力される。さらに、パワーＡＭＰ１０２Ａはスピンドルモータ７のステータコイル１３に、パワーＡＭＰ１０２Ｂはステータコイル１４に各々接続され、スピンドルモータ７に必要な電力を供給している。図５はそのタイミングチャートを示している。
【００２７】
信号Ｃはモータの回転数指令であり、本実施例では定格回転数３００ｒｐｍに対する指令は３８４０Ｈｚのパルスである。信号Ｌは分周器１００の出力であり、信号Ｃを１／８分周したものである。
【００２８】
信号Ｄは信号Ｌをさらに１／２分周したものである。
【００２９】
信号Ｅは同じく信号Ｌを１／２分周したものであるが、信号Ｄとは電気角で９０度位相差があり、本図では信号Ｅは信号Ｄより９０度位相が進んでいる。
【００３０】
パワーＡＭＰ１０２Ａの出力がＡ相励磁電圧波形であり、これは信号Ｄと同じタイミングで動作するが、バイポーラ動作のため、信号ＤがＬＯＷのとき負電圧（Ａ相コイル１３のＡ´からＡに励磁する向きに）を、また信号ＤがＨＩＧＨのとき正電圧（Ａ相コイル１３のＡからＡ´に励磁する向きに）を発生する。
【００３１】
パワーＡＭＰ１０２Ｂの出力がＢ相励磁電圧波形であり、Ａ相励磁電圧波形と同様に動作する。すなわち、信号ＥがＬＯＷのとき負電圧（Ｂ相コイル１４のＢ´からＢに励磁する向きに）を、また信号ＥがＨＩＧＨのとき正電圧（Ｂ相コイル１４のＢからＢ´に励磁する向きに）を発生する。なお、Ａ相励磁電圧波形とＢ相励磁電圧波形の位相差も電気角で９０度である。
【００３２】
起動指令Ｆはモータを起動／停止するための信号で、本実施例ではＨＩＧＨでモータ停止を、ＬＯＷで起動を表している。
【００３３】
従来例である図５のタイミングチャートの励磁電圧波形は方形波で示してある。しかしながら、励磁電圧波形が方形波だと、励磁の切り替わり（図５のＡ１、Ａ２およびＢ１、Ｂ２、Ｂ３）ポイントでの電圧勾配が著しく大きいことから励磁ノイズの発生が大きくなり、これが読み出し／書き込みヘッド２内の信号電圧に重畳して、信号電圧のＳ／Ｎ比を低下させることはすでに述べたとおりである。
【００３４】
図６（ａ）〜（ｃ）は、従来例である励磁電圧が方形波である場合の励磁電流と励磁ノイズの関係を示す。なお、図は励磁電圧の１相分であり、他の相については磁気的結合が両相とも同じである（一般的には同じになるように設定されている）場合には位相がずれているだけでその他の関係は同一であるので省略した。
【００３５】
図６（ａ）は方形波の励磁電圧波形を示す。図６（ｂ）は図６（ａ）に対応した励磁電流波形であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）に対応した励磁ノイズ（電圧）波形である。図６（ｂ）からわかるように、励磁電流波形は励磁の切り替わりポイント（図６（ａ）のＡ１、Ａ２およびＡ３）で電流変化が大きくなっている。具体的には転流直前（図６（ｂ）のａ部）と転流直後（図６（ｂ）のｂ部）に勾配が急激な部分が発生し、転流を境に電流勾配が反転する。ａ部の電流勾配はコイル内に生じる逆起電力（以下「ＢＥＭＦ」と呼ぶ）が低下するにもかかわらず、コイルに印加される励磁電圧が一定（方形波であることから）に維持されることから生じる。また、転流後のｂ部は励磁電圧の極性が反転することにより、コイル内のＢＥＭＦと励磁電圧の極性が加算（この瞬間コイルのＢＥＭＦと励磁電圧の極性が合う）されるため、結果としてこの部分で励磁電流が急変する。
【００３６】
図６（ｃ）の励磁ノイズ（ノイズ電圧）は励磁電流の勾配とコイルのインダクタンスの積に比例する。従って、転流ポイントで励磁ノイズは著しく大きくなる。なお、転流ポイントで電流勾配が反転するため、この前後で励磁ノイズ（電圧）の極性も反転し、ピーク・ツー・ピークでみた励磁ノイズ（電圧）値は非常に大きくなる。
【００３７】
このように励磁電圧が方形波だと、転流時の電圧勾配が急峻となることから、転流ごとにスパイク状の励磁ノイズが発生し、これが信号電圧のＳ／Ｎ比を悪化させることになる。
【００３８】
図７は本発明の請求項１に対応する実施の形態であり、第１の実施例（図７の波形Ｃ）を含む励磁電圧パターン図である。この図は２相バイポーラ駆動時の１相分であり、時間ｔが０〜３／（２ｎＰ）（ｓ）の拡大した励磁電圧波形を示したものである。なお、ｎ（ｒｐｓ）はモータの回転数で本実施例では５（ｒｐｓ）、Ｐ（極）はロータの磁石の極数（個）で本実施例では４８極である。なお、ロータ磁石の磁極数Ｐ＝４８（極）はステータコイル１相分がエアーギャップ中に作る回転磁界の極数に等しい。また、時間ｔ＝１／（ｎＰ）（ｓ）は励磁電圧の半周期を表しており、本実施例では約４．１７（ｍｓ）である。Ｖｍ（Ｖ）は励磁電圧の最大値であり、本実施例では６（Ｖ）である。
【００３９】
図７において、方形波Ａは従来の励磁電圧波形を、正弦波Ｂは商用電源波形を、また波形Ｃは本発明で用いる励磁電圧波形の第１の実施例を表している。本発明で用いる波形Ｃは、従来の方形波状励磁電圧波形Ａと正弦波状商用電源波形Ｂに囲まれた領域（図７のハッチング部分）にあり且つ、任意の時間における電圧勾配の絶対値が８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（Ｖ／ｓ）（正弦波状商用電源波形Ｂのｔ＝０での勾配（図中の破線）の８倍）以下とした。なお、方形波Ａと正弦波Ｂの位相は等しい。方形波Ａと正弦波Ｂの位相が等しいとは、図７のように、励磁電圧の正、負が反転するタイミングが同じ（０クロスの瞬間が一致している）であることを言う。
【００４０】
また、本発明における励磁電圧波形Ｃは、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５およびｔ６の時点の前後で電圧勾配が異なっているが、本発明では、この各時点での電圧勾配はその前後の電圧勾配の絶対値の大きい方としている。また、時間ｔ２〜ｔ３における波形のように方形波Ａ（または正弦波Ｂ）と重なる場合も囲まれたハッチング領域内に入るものとしている。
【００４１】
ちなみに、図７において波形Ｃの勾配の絶対値が最大となる区間は時間０〜ｔ１、ｔ４〜１／（ｎＰ）、１／（ｎＰ）〜ｔ５であり、その値は８Ｖｍ・ｎ・Ｐ（約１１．５Ｖ／ｍｓ）であり、８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（約３６．２Ｖ／ｍｓ）よりも小さい。もちろん、波形Ｃはすべての時間においてハッチング領域内に存在している。
【００４２】
図８に励磁電圧の電圧勾配の最大値に対して装置の読み出しヘッドに重畳する励磁ノイズの量を測定した結果を示す。本実験は、励磁電圧波形として等脚台形波を用い、この脚部の勾配を変化させることにより励磁電圧の電圧勾配の絶対値の最大値を変化させて行った（励磁電圧の具体的な発生方法については後述する）。その結果、図８からわかるように、方形波では５．７５（Ｖ）ある励磁ノイズが、台形の脚部の電圧勾配２５．４Ｖｍ・ｎ・Ｐ（約３６．６Ｖ／ｍｓ）では０．７５（Ｖ）となり、励磁ノイズが著しく低下することがわかる。なお、実験より、ヘッドに重畳する励磁ノイズの実使用上のレベルは１（Ｖ）以下が好ましく、余裕をみて励磁電圧の電圧勾配の絶対値の最大値を８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（本実施例では約３６．２Ｖ／ｍｓ）以下にすることにより十分効果があることがわかる。もちろん、図８からわかるように、この値以下であれば漸次励磁ノイズのレベルは低下し、さらに好ましいことは当然である。
【００４３】
次に、請求項２を説明するための実験として励磁電圧の電圧勾配の最大値とモータ発生トルクとの関係を図９に示す。本実験も図８の実験と同様に、励磁電圧波形に等脚台形を用い、この脚部の勾配を変化させることにより行った。その結果、電圧勾配が大きいほどモータ発生トルク（本実施例ではプルアウトトルクで評価）が大きいが、電圧勾配が小さくなると急激にトルクが減少することがわかる。これは励磁電圧の勾配が小さくなると、有効トルク発生のための電圧成分も低下するためと考えられる。従って、モータ発生トルクをある一定値以上確保するためには励磁電圧の電圧勾配をある値以上にしておく必要がある。
【００４４】
図９より余裕をみて、電圧勾配を６．２５Ｖｍ・ｎ・Ｐ≒２π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（約９．０Ｖ／ｍｓ）とする。これは正弦波の場合（４．５２Ｖ／ｍｓ）のおよそ２倍に相当する。
【００４５】
図８、９より、駆動装置の励磁ノイズを抑制し、且つモータ発生トルクの低下を防ぐためには、励磁電圧の勾配の絶対値（符号は考えない）の最大値を８π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（本実施例では約３６．２Ｖ／ｍｓ）以下とし且つ、励磁電圧の勾配（特に、有効電力を決定する、転流前後の励磁電圧の立ち上がり／立ち下がり部の勾配）を２π・Ｖｍ・ｎ・Ｐ（本実施例では約９．０Ｖ／ｍｓ）以上とすることが励磁ノイズの低減と発生トルクの確保という点で有益であることがわかる。
【００４６】
図１０は本発明で用いる波形の第２の実施例であり、励磁電圧波形を等脚台形とした例を示している。図１０より、立ち上がり（負側の電圧であるので正側の立ち上がり／立ち下がりと逆であり、励磁ＯＮタイミングを示す）の電圧勾配の絶対値ΔＶ１／Δｔ１＝１０Ｖｍ・ｎ・Ｐは本実施例では１４．４（Ｖ／ｍｓ）となり、先の条件（約９．０（Ｖ／ｍｓ）以上且つ約３６．２（Ｖ／ｍｓ）以下）を満たしている。一方、立ち下がり（これも負側の電圧であるので正側の立ち上がり／立ち下がりと逆であり、励磁ＯＦＦタイミングを示す）の電圧勾配の絶対値ΔＶ２／Δｔ２＝１０Ｖｍ・ｎ・Ｐも同様に１４．４（Ｖ／ｍｓ）となり、先の条件（約９．０（Ｖ／ｍｓ）以上且つ約３６．２（Ｖ／ｍｓ）以下）を満たす励磁電圧波形である。また、図１０の励磁電圧波形は任意の時間で方形波Ａと正弦波Ｂで囲まれる図７に示したハッチング領域内にある。このことにより、第２の実施例における励磁ノイズも抑制され且つ、モータ発生トルクの低下も少なくなった（図８、９参照）。もちろん、トルク的には余裕があり、励磁ノイズのみ抑制したい場合は立ち上がり／立ち下がり部の電圧勾配をπ・Ｖｍ・ｎ・Ｐまで低下させてもよい。一方、モータのトルクに余裕がない場合には、電圧勾配を２π・Ｖｍ・ｎ・Ｐより大きめに設定するのがよい。
【００４７】
図１１に本発明で用いる波形の第３の実施例を示す。図１１は等脚台形波の角部を滑らかにした鍋底型の例であり、立ち上がり／立ち下がり部の電圧勾配の最大値（絶対値）および励磁波形の任意の時間において先の条件を満たすこの励磁波形でもよい。なお、波形の角部の曲線部の半径はできるだけ小さい方が有効トルクの低下が少なくてよい。
【００４８】
図１２に本発明で用いる波形の第４の実施例を示す。
【００４９】
この実施例は不等脚台形の波形の場合であり、電圧の立ち上がりの励磁ＯＮ側の勾配（絶対値）は２０Ｖｍ・ｎ・Ｐ（本実施例では２８．８Ｖ／ｍｓ）である。一方、立ち下がりの励磁ＯＦＦ側の勾配は６．７Ｖｍ・ｎ・Ｐ（本実施例では約９．６５Ｖ／ｍｓ）である。このように、先の条件を満たす範囲内で、励磁電圧の立ち上がり部の電圧勾配を立ち下がり部の勾配より大きくすることにより、さらにモータ発生トルクの低下を少なくすることができる。なお、励磁電圧の立ち上がり部（励磁ＯＮ側）の電圧勾配を立ち下がり部（励磁ＯＦＦ側）の電圧勾配より大きくするのは、コイルのインダクタンスの性質からであり、立ち上がり時に急峻に電圧を印加すれば、それに対応して電流勾配は大きくなるものの、インダクタンスの影響により制限され、励磁ノイズの発生量は大きくならない（滑らかな変化となる）。このことから、立ち上がり部の電圧勾配を立ち下がり部よりある程度大きくすることにより、励磁ノイズの増加をともなわないで、有効トルクの発生に寄与するのである。もちろん、図１１と同様に角部を取り、不等脚台形波の鍋底波形にしてもよい。
【００５０】
図７、１０、１１、１２に本発明で用いる波形の第１〜第４の実施例を示したが、いずれも１相分の励磁電圧波形のみ示しているが、２相の場合は電気角で９０度の、３相の場合は同じく１２０度の位相差を各々持った励磁電圧でモータを励磁することは当然である。また、コイルの励磁はバイポーラ励磁で説明しているが、本発明はユニポーラ励磁の場合においても同様に有効である。
【００５１】
最後に、本発明による駆動方法で用いる励磁電圧波形生成回路の一実施例のブロック図を図１３に示す。図中、スピンドルモータ７とステータ１３、１４は図４に示した従来のスピンドルモータと同じである。
【００５２】
本実施例は回転数指令Ｃと起動指令Ａを入力信号として、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２００、ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂ、Ｄ／Ａ変換器２０２Ａ、２０２Ｂ、ワーアンプ２０３Ａ、２０３Ｂで構成されており、ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂの後述する記録情報によって励磁電圧波形（特に、該励磁電圧波形の立ち上がり／立ち下がり部）を設定できるようにした。
【００５３】
まず、回転数指令Ｃのパルスレートに応じてＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２００はカウントＵＰ（逆転するときはカウントＤＯＷＮ）する。カウント値はＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂの入力アドレスとなり、ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂは前もってプログラムされた記録情報に基づき、そのアドレス信号に対応したデジタルの情報（本実施例では電圧値）すなわち波形データを出力する。
【００５４】
図１４はＲＯＭの内容に相当するアドレスと出力電圧の関係を示しており、図１４（ａ）はＲＯＭ２０１Ａの記録内容を、図１４（ｂ）はＲＯＭ２０１Ｂの記録内容を示している。
【００５５】
図１４（ａ）、（ｂ）からわかるように、モータ７に滑らかな２相の回転磁界を生成するために、ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂは電気角で９０度の位相差を持たせてある。ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂの記録情報は通常電気角で３６０度分保持しており、３６０度を１サイクルとして、繰り返してその記録情報を読み出すことによって連続的な電圧波形を得るようにしているが、記録情報は情報の対称性を利用して圧縮して記録しておいてもよい。たとえば、電気角で１８０度の位置で点対称の場合には、ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂに１８０度分の情報を記録しておいて、０度から１８０度まではそのまま取り出し、１８０度から３６０度までは極性を変えてその情報出力するようにしてもよい。ＲＯＭ２０１Ａ、２０１Ｂから出力されるデジタルの情報はＤ／Ａ変換器２０２Ａ、２０２Ｂによってアナログ電圧（図１３参照）に変換される。このアナログ電圧をパワーアンプ２０３Ａ、２０３Ｂで電力増幅し、スピンドルモータ７のコイル１３、１４に電力を供給する。このように励磁電圧波形生成回路をＲＯＭを用いた構成にすることにより、１つのアドレスに対して１つのデジタル値（情報）を自由に対応させることができ、結果として任意の励磁電圧波形を生成することができるのである。なお、励磁電圧の立ち上がり／立ち下がりの電圧勾配を変える方法は上記のみならず、方形波電圧駆動するものに対して、モータ７のコイル１３、１４と並列にコンデンサを接続して、その間の電圧波形が本発明の条件を満たすようにしてもよい。
【００５６】
前述したとおり、図１４（ａ）はＲＯＭ２０１Ａの、また図１４（ｂ）はＲＯＭ２０１Ｂの記録内容である励磁電圧パターンを示しており、いずれも不等脚台形波電圧波形を生成する例であり、図１２と同様に、正側の立ち上がりの電圧勾配は２０Ｖｍ・ｎ・Ｐ（２８．８Ｖ／ｍｓ）であり、立ち下がりの電圧勾配は６．７Ｖｍ・ｎ・Ｐ（９．６５Ｖ／ｍｓ）（負側の立ち上がりと立ち下がりの電圧勾配は正側のそれとはまったく逆となる）であり、先の条件を満たしている。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、情報記録装置の記録円盤駆動用のスピンドルモータに安価な同期モータ（特に、２相クローポール型ステッピングモータが効果的）を使用することができ、しかもその駆動電圧波形の電圧勾配を適切に設定するだけで、モータの発生トルクを低下させることなく且つ、駆動装置の読み出し／書き込みヘッドに重畳する励磁ノイズを低下させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】３．５インチ用のＦＤＤを必要な部分だけを抜き出して概念的に示した図であり、（ａ）は記録円盤を外した状態で示す概念図、（ｂ）は記録円盤を装着した状態で示す概念図である。
【図２】インナーロータ型のモータの断面図である。
【図３】アウタロータ型のモータの断面図である。
【図４】従来例の記録円盤駆動回路の具体的な回路図である。
【図５】図４に示した従来回路のタイムチャートを示す図である。
【図６】従来の駆動方法において用いられる励磁電圧波形が方形波である場合の（ａ）は励磁電圧波形、（ｂ）は励磁電流波形、（ｃ）は励磁ノイズを示す。
【図７】本発明による駆動方法において用いられる励磁電圧波形の第１の実施例を説明する図である。
【図８】励磁電圧の電圧勾配の最大値に対する装置の読み出しヘッドに重畳する励磁ノイズの量を測定した結果を示す図である。
【図９】励磁電圧の電圧勾配の最大値とモータ発生トルクとの関係を示す図である。
【図１０】本発明による駆動方法において用いられる励磁電圧波形の第２の実施例を説明する図である。
【図１１】本発明による駆動方法において用いられる励磁電圧波形の第３の実施例を説明する図である。
【図１２】本発明による駆動方法において用いられる励磁電圧波形の第４の実施例を説明する図である。
【図１３】本発明による駆動方法において用いられる励磁電圧波形の生成回路の実施例を示すブロック図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は本発明における励磁電圧波形の生成回路に用いられるＲＯＭの内容に相当する、アドレスと出力電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  記録円盤
１´  鉄系チャッキングハブ
２  磁気ヘッド
３  ヘッドキャリッジ
３ａ  ナット部
５  スクリュー
６  アクチュエータモータ
７  スピンドルモータ
８  チャッキング機構
１０  基板
１１、１２  ステータヨーク
１３、１４  ステータコイル
１５、１６  極歯
１７  軸受
１８  回転軸
１９  スラスト受
２０、２３  回転子
２１  回転子磁石
２２  ピン
１００  分周器
１０１  マトリクス
１０２Ａ、１０２Ｂ  パワーＡＭＰ
２００  ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ
２０１Ａ、２０１Ｂ  ＲＯＭ
２０２Ａ、２０２Ｂ  Ｄ／Ａ変換器
２０３Ａ、２０３Ｂ  パワーアンプ
【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１０】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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