专利名称：磁盘驱动器中马达控制的方法和设备的制作方法
相关申请的交叉引用本申请基于2001年11月30日递交的在先日本专利申请No.2001-367819，并要求其优先权，其全部内容已通过引用包含于本文中。
近年来，具有稳定旋转特征的流体动力学轴承马达已加以采用。流体动力学轴承马达应用油或类似物作为轴承，因此具有这样的特征，即功率消耗依赖于油的粘性。特别是，如果温度下降，油的粘性增加，于是功率消耗量(电流消耗量)相对增加，以维持额定的旋转数。
与此同时，磁盘驱动器，特别是小型磁盘驱动器被广泛用作笔记本个人计算机、个人数字辅助设备(PDAs)、和安装在机动车上的数字设备等的外部存储器。因此，磁盘驱动器应用的温度范围加宽，从而它们可能应用于低温环境中。
考虑到磁盘驱动器在这样的低温环境下的应用，如果应用流体动力学轴承马达作为主轴马达，功率消耗量相对增加，从而要求增加整个驱动器的最大许可功率(电流)。
如果磁盘驱动器在这样的前提下进行设计，即它应用于低温环境下，则会出现整个驱动器的最大许可功率(电流)增加的问题，因为采用流体动力学轴承主轴马达增加了电流消耗量。特别是，如果最大许可功率增加，就要求大容量的功率输送电路和马达，而这对要求减少功率消耗的小型磁盘驱动器是不适当的。例如，对于应用电感线圈进行升压的马达驱动器，最大电流影响电感线圈的尺寸，从而产生难于将电感线圈安装在印刷线路板上的问题。
按常规，为了抑制主轴马达功率消耗的增加，已提出一种在流体动力学轴承部分的附近设置温度传感器和加热器的方法。当温度传感器检测到向低温变化时，就驱动加热器产生热量(例如参见日本专利申请KOKAI公告No.6-4988)。
此技术目的在于对用作流体动力学轴承的处于低温的油进行加热，以便相对降低油的粘性。但是，此方法要求在主轴马达的轴承附近设置温度传感器和加热器，以及控制加热器的电路。这将使马达周围的结构复杂，增加零件数目，从而也就是增加成本。此外，此方法还存在磁盘驱动延迟的问题，因为驱动器在轴承部分的油未经加热器到达某个温度前，不能运行。
根据本发明的一个方面提出一种磁盘驱动器，磁盘驱动器包括主轴马达，其电流消耗量特别在低温时相对增加，磁盘驱动器以获得额定旋转数所必须的电流量供应主轴马达，并实现整个驱动器电流消耗的下降。
磁盘驱动器包括主轴马达，它旋转磁盘媒体；传动器马达，它驱动传动器，传动器安装有磁头，用于在磁盘媒体上进行数据的读/写；第一马达控制装置，它在额定旋转数下通过输送第一电流驱动主轴马达；第二马达控制装置，它通过输送第二电流驱动传动器马达；以及控制器，它根据第一电流的增量进行控制，以限制第二电流的量，使得第一和第二电流的总量不超过设定于磁盘驱动器中的，包含第一电流量和第二电流量的最大电流容量。
本发明的其余目的和优越性将提供于以下的说明中，部分由说明就很显然，或通过发明的实践可学到。本发明的目的和优越性可借助在以下特别指出的手段及组合加以实现和获得。
图1是一张方框图，它表示根据本发明实施例提出的磁盘驱动器的主要部分；图2是一张方框图，用于说明根据实施例提出的马达控制系统的结构；图3是一张流程图，用于解释根据实施例提出的马达控制操作；而图4是一张流程图，用于解释实施例的改型。
图1是一张方框图，它表示涉及实施例的磁盘驱动器的主要部分。图2也是一张方框图，用于说明安装在驱动器中的马达控制系统的结构。(磁盘驱动器的结构)磁盘驱动器假定是硬磁盘驱动器，它应用磁盘1作为磁记录媒体。驱动器应用流体动力学轴承马达作为主轴马达(SPM)3，它旋转磁盘1。
磁头2对由SPM3旋转的磁盘1进行数据的读/写操作。磁头2安装在传动器4上，该传动器4由音圈马达(VCM)5加以驱动。磁头2的结构是，其中进行读操作的读磁头和进行写操作的写磁头分别安装在滑移器上。
传动器4受主要包括微处理器10的伺服系统所驱动和控制，并将磁头2放置在磁盘1的目标位置上。
VCM驱动器60包含于马达驱动器IC6之中，并向VCM5输送驱动电流。马达驱动器IC6包括与VCM驱动器60连同一起的SPM驱动器61，并受CPU10的控制(请参见图2)。
除这样的硬磁盘组装件外，磁盘驱动系统包括电路系统，它具有前置放大器电路7、读/写通道8、磁盘控制器(HDC)9、CPU10和存储器11。
前置放大器电路7具有读放大器，它放大从读磁头输出的读信号；以及写放大器。写放大器将从读/写通道8输出的写数据信号转换成写电流信号，并将它传送给写磁头。读/写通道8是信号处理IC，它处理读/写数据信号(包括伺服数据信号)。HDC9具有驱动器和主机系统20(例如个人计算机或数字设备)之间的接口功能。
CPU10，如上所述，是驱动器的主要控制装置，它进行伺服系统的控制操作、正常读一写操作的控制、以及相关实施例的马达控制。存储器11包括闪烁存储器、RAM和ROM，存储控制CPU10所必需的各种数据和程序。
此外，驱动器包括温度传感器12，用于检测驱动器中的温度，温度传感器12检测预定采样区间的温度，并将温度值输出给CPU10。CPU10按照温度传感器12给出的检测结果，测出相关实施例的温度向低温的改变。(马达控制系统的结构)如图2所示，CPU10应用SPM驱动器61进行SPM3的驱动和控制。此外，CPU10应用VCM驱动器60进行VCM5的驱动和控制。SPM驱动器61根据CPU10发出的控制命令值(控制电流量Ids)向三相线圈输入三相驱动电流(U、V、W)，以使SPM3在额定旋转数下旋转。标号CO表示中性点。
马达控制系统具有电流传感器30，用以检测SPM3的电流消耗量(Is)。CPU10通过电流传感器30的输出监视SPM3的电流消耗量(Is)。
如下所述，CPU10具有检测SPM3在例如伺服中断时刻的电流消耗量(Is)的功能，然后算出，温度已改变至低温(请参见图3)。CPU10在由磁头2执行数据的读/写之前，通过伺服中断，进行伺服控制，用于控制磁头2，将磁头2定位在磁盘1的目标位置(欲存取的磁道)上。在伺服控制中，CPU10通过控制命令值(控制电流量I dv)控制从VCM驱动器60输至VCM5的电流量。(马达控制操作)现将主要参考图3的流程图，说明驱动器中的马达控制操作。
假定磁盘驱动器正被驱动，而SPM3在其额定旋转数下受到驱动，并旋转着磁盘1。当主机系统20发出读/写命令时，CPU10通过HDC9识别命令，将驱动器的操作改变至读/写操作。
CPU10在执行读/写操作之前，进行伺服控制，用于控制磁头2，将磁头2定位在磁盘1的目标位置(欲存取的磁道)上。在伺服控制中，CPU10根据电流传感器30给出的检测结果，检验SPM3的电流消耗量(Is)(步骤S1)。
接着，CPU10通过从驱动器说明书确定的最大许可电流(Imax)中减去SPM3的电流消耗量(Is)计算获得剩余电流容量，并确定电流边界(Img)(步骤S2)。具体讲，电流边缘(Img)表示除用于SPM3的驱动电流量(Is)外，驱动器能应用的驱动电流量。
同时，CPU10确定用于VCM5的驱动电流量(控制命令值Idv)，这是进行伺服控制所必须的。控制命令值(Idv)对应输至VCM5的电流量，VCM5驱动传动器4，以便将磁头2定位至磁盘1的目标位置上。CPU10将控制命令值(Idv)与电流边界(Img)进行比较，确定是否可能保证用于VCM5的驱动电流量是伺服控制所必须的(步骤S3)。
如果电流边界(Img)超过VCM5的驱动电流量，CPU10进行正常伺服控制(步骤S3的否)。具体讲，CPU10将控制命令值Idv输至VCM驱动器60，以便对VCM5输入伺服控制所必须的驱动电流量。从而，传动器4以预定速度沿径向在磁盘1上移动，将磁头2定位在磁盘1的目标位置上。
同时，如果电流边界(Img)小于VCM5的驱动电流量，CPU10算出驱动器的温度环境已改变至低温状态，在额定旋转数下被驱动的SPM3的电流消耗量(Is)超过预定值(步骤S4的是)。预定值是参考电流消耗量，它在标准低极限温度下能以额定旋转数驱动SPM3。
CPU10降低控制命令值Idv，并将其输给VCM驱动器60，从而减少输送至VCM5的驱动电流量(步骤S4)。从而，传动器4沿径向在磁盘1上以低于预定速度的速度移动，并将磁头2定位至磁盘1的目标位置上。
如上所述，根据实施例，CPU10能根据电流传感器30的检测结果检测到，SPM3的电流消耗量(Is)超过预定值。换言之，CPU10能算出，驱动器的温度环境已改变至低温状态，因此，SPM3的电流消耗量(Is)增加。
为在额定旋转数下驱动SPM3，CPU10优先考虑输至SPM3的电流，而降低输至VCM的电流量。因此，即使SPM3的电流消耗量(Is)增加，通过将输至VCM5的电流减少SPM3电流消耗量的增量，也可能维持最大许可电流量(Imax)。从而，即使磁盘驱动器应用环境的温度下降，也可能在额定旋转数下旋转磁盘1。此外，由于可能维持由驱动器的说明书确定的最大许可电功率，因此不必要设置具有大容量的功率输送电路和马达驱动器6。
此外，输至VCM5的电流量的减少会引起这样的情况，即磁头2的查找速度下降。但是，当SPM3和VCM5的驱动状态持续一个指定时间，通常，驱动器中的温度由于驱动产生的热量而上升，四周温度由于加热等而上升。因此，驱动器中的温度变成正常的标准温度，从而可能将输至VCM5的电流量回复至初始预定值。
在实施例中，如果优先考虑低温环境下向SPM3输入的电流，而输至VCM5的电流在读/写操作期间受到限制，则输至VCM5的电流势必降低至查找能进行的最小电流值。
此外，虽然假定实施例用于硬磁盘驱动器，但并不限制于此，它也能应用于光磁盘驱动器，只要驱动器应用的主轴马达是流体动力学轴承马达。
概括起来，SPM3的电流消耗(第一电流量)受到监控，如果电流量增加，估算(计算)出磁盘驱动器的温度环境已改变至低温状态，则VCM5的驱动电流(第二电流量)被下降。因此，可能向SPM3输送最大许可电流，并保持在额定旋转数下驱动SPM3，但不需在驱动磁盘时增加最大驱动电功率。
具体说来，在低温环境下，优先考虑输至SPM3的电流，用以在固定速度下旋转磁盘媒体，而输送至VCM5、用以驱动传动器4连同磁头2的电流则下降。从而，可能正常地驱动SPM3，无需应用诸如加热器的任何特殊零件或电路，且抑制整个驱动器的功率消耗(电流消耗)的增加。特别是，如果本发明应用于采用流体动力学轴承马达作为其主轴马达的磁盘驱动器，则本发明是有用的，因为即使在低温环境下，它也能确保稳定的性能。
此外，即使在低温环境下，如果SPM3在其额定旋转数下驱动一个预定时间，通常，磁盘驱动器中的温度上升，四周温度由于加热等而上升。因此，输至VCM5的电流可回复至正常状态。(改型)图4是解释实施例改型用的流程图。
改型涉及一种马达控制，其中输至VCM5的电流增加，如果能消耗更多的功率(如果驱动器具有更多的可消耗功率)的话，虽然可如上所述地优先考虑输至SPM3的电流，如果驱动器处于低功率消耗模式的话。
通常，如果主机系统20是笔记本个人计算机或PDA，电池被用作其电源。因此，它能消耗的功率是有限的，从而经常设定低功率消耗的模式。与此相比，即使在应用笔记本个人计算机的情况，如果采用交流电源，则驱动器能应用较大的功率。
现将参考图4的流程图详细描述控制。
例如，当磁盘驱动器起动时，CPU10根据温度传感器1 2给出的温度检测值判断驱动器中的温度环境(步骤S21)。如果驱动器中的温度环境在标准温度的范围内下降，CPU10通过正常操作进行控制(步骤S22的否)。
如果CPU10判断驱动器中的温度低于标准低极限温度，CPU10进一步确定主机系统20是否已设定低功率消耗模式(步骤S23)。如果低功率消耗模式已设定，如上所述，CPU10限制向VCM5输送的电流，并通过优先考虑在额定旋转数下驱动SPM3，在尽可能短的时间内向SPM3输送电流(步骤S23和S24的是)。
同时，如果驱动器不是处于低功率消耗模式，并应用例如交流电源，CPU10将电流输至SPM3，并增加输至VCM5的电流以超过预定值(步骤S23和S25的否)。具体讲，VCM的最大电流(最大查找速度)通过升压等而增加，虚假查找操作进行，即使主机系统不发出命令的话。作为另一种方法，最大电流在空转下输入VCM，从而传动器压在内部制动器或坡道构件上，以使VCM产生热量。在这样的情况，由于在起动时刻没有进行伺服控制，虚假查找从磁盘1的最外周边进行至最内周边。此外，VCM5沿着将传动器4压在坡道构件上的方向被旋转和驱动，坡道构件设置在磁盘1的外周边侧上。坡道构件是构成磁头2的停置区域的构件。
通过按上述地驱动VCM5和SPM3，驱动器中的温度通过热量产生而上升，可能将低温状态改变至正常温度环境。特别是，通过增加输至VCM5的电流以及输至SPM3的电流，可能在较短时间内将驱动器中的温度环境从低温状态改变至标准温度状态。
附加的优越和修改是本领域的技术人员很容易想到的。因此，本发明在其更广的方面不限制于本文所示及所述的具体细节和代表性的实施例。因此，可进行各种修改，只要不偏离由所附权利要求及它们的等效物所确定的总体发明概念的精神或范围。
权利要求
1.一种磁盘驱动器，其特征在于，包括主轴马达(3)，它旋转磁盘媒体(1)；传动器马达(5)，它驱动传动器(4)，传动器(4)安装有磁头(2)，用于在磁盘媒体(1)上进行数据的读/写；第一马达控制装置(61)，它在额定旋转数下通过输送第一电流驱动主轴马达(3)；第二马达控制装置(60)，它通过输送第二电流驱动传动器马达(5)；以及控制器(10)，它根据第一电流的增量进行控制，以限制第二电流的量，使得第一和第二电流的总量不超过设定于磁盘驱动器中的、包含第一电流量和第二电流量的最大电流容量。
2.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，还包括电流传感器(30)，它检测主轴马达(3)的电流消耗量，其中控制器(10)在第一电流量超过为获得额定旋转数而要求的特定值时进行控制，以便将第二电流量限制成不超过剩余的电流容量，剩余电流容量通过从最大电流容量中根据电流传感器(30)给出的检测结果，减去第一电流量而获得。
3.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，控制器(10)在第一电流量超过为获得额定旋转数而要求的特定值时进行控制，用以将第二电流量限制成，以便第一电流量和第二电流量的总和不超过最大电流容量。
4.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，还包括温度传感器(12)，它检测温度，其中控制器(10)控制第二电流量，如果根据温度传感器(12)的检测结果，控制器(10)测出，温度已改变至低于标准低极限温度的话，从而将传动器马达(5)的速度降低至第二马达控制装置(60)限制的许可极限。
5.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，还包括温度传感器(12)，它检测温度，其中控制器(10)控制第二电流量，如果根据温度传感器(12)的检测结果，控制器(10)测出，温度已改变至低于标准低极限温度的话，从而将传动器马达(5)的速度降低至受第二马达控制装置(60)限制的许可极限；以及控制器(10)进行控制，以便在最大许可电流量的范围内增加第一电流量，从而维持主轴马达(3)的额定旋转数。
6.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，还包括温度传感器(12)，它检测温度，其中当控制器(10)根据温度传感器(12)的检测结果测得温度已改变至低于标准低极限温度时，控制器(10)判断是否已设定磁盘驱动器的低功率消耗模式，如果已设定低功率消耗模式，控制器(10)进行控制以限制第二电流量，以及如果尚未设定低功率消耗模式，则控制器(10)进行控制，以便将第二电流量增至许可极限。
7.如权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于，主轴马达(3)包括流体动力学轴承马达，以及第一马达控制装置(61)随着温度的下降，进行控制，以增加第一电流量，并保持在额定旋转数下驱动主轴马达(3)。
8.一种磁盘驱动器的马达控制系统，磁盘驱动器包括旋转磁盘媒体(1)用的主轴马达(3)和用于磁头传动器的音圈马达(5)，系统的特征在于，包括第一马达控制装置(61)，它在额定旋转数下通过输送第一电流驱动主轴马达(3)；第二马达控制装置(60)，它通过输送第二电流驱动音圈马达(5)；以及控制器(10)，它根据第一电流的增量进行控制，以限制第二电流的量，使得第一和第二电流的总量不超过设定于磁盘驱动器中的、包含第一电流量和第二电流量的最大电流容量。
9.如权利要求8所述的马达控制系统，其特征在于，还包括电流传感器(30)，它检测主轴马达(3)的电流消耗量，其中控制器(10)在第一电流量超过为获得额定旋转数而要求的特定值时进行控制，以便将第二电流量限制成不超过剩余的电流容量，剩余电流容量通过从最大电流容量中根据电流传感器(30)给出的检测结果，减去第一电流量而获得。
10.如权利要求8所述的马达控制系统，其特征在于，主轴马达(3)包括流体动力学轴承马达，以及第一马达控制装置(61)随着温度的下降进行控制，以增加第一电流量，并保持在额定旋转数下驱动主轴马达(3)。
11.一种磁盘驱动器中马达控制的方法，该种磁盘驱动器包括旋转磁盘媒体用的主轴马达和用于磁头传动器的音圈马达，该种方法的特征在于包括在额定旋转数下通过输送第一电流驱动主轴马达；通过输送第二电流驱动音圈马达；检测第一电流量超过维持额定旋转数所用的特定值的增量；以及根据第一电流的增量进行控制，以限制第二电流的量，使得第一和第二电流的总量不超过设定于磁盘驱动器中的、包含第一电流量和第二电流量的最大电流容量。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，控制包括控制第二电流量，以使其不超过剩余电流量，剩余电流量通过从最大电流容量中减去第一电流量而获得。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括根据检测温度的温度传感器的检测结果，检验温度是否已改变至低于标准低极限温度；以及如果检验中测得的温度低于标准低极限温度，则降低第二电流量，以便将音圈马达的速度降低至许可极限。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括根据检测温度的温度传感器的检测结果，检验温度是否已改变至低于标准低极限温度；判断是否设定磁盘驱动器的低功率消耗模式，如果检验中测得的温度低于低极限温度的话；以及降低第二电流量，如果磁盘驱动器的低功率消耗模式设定的话，及增加第二电流量，如果检验中测得的温度低于低极限温度，而磁盘驱动器的低功率消耗模式未设定的话。
全文摘要
一种磁盘驱动器，特别的是，它能应用于低温环境下。驱动器包括作为主轴马达(SPM3)的流体动力学轴承马达，并通过SPM(3)旋转磁盘媒体(1)。当驱动器的四周温度改变至低温时，SPM(3)消耗的电流增加，以便维持驱动器的稳定旋转。当CPU(10)测得，SPM(3)消耗的电流超过特定值时，CPU(10)限制输送至音圈马达(VCM5)的电流，以使总电流量不超过驱动器特定的最大电流容量。
文档编号G11B19/20GK1421855SQ0213184
公开日2003年6月4日 申请日期2002年9月6日 优先权日2001年11月30日
发明者坂本宣幸 申请人:株式会社东芝