一种改进的电机控制电路，用于为硬磁盘驱动器主轴电机中的绕组提供换向定时和速度控制，该电路具有一个反电势感测电路，用于在主轴电机机械旋转一周中响应绕组上感应的电压来产生若干过零信号，该电路还有与主轴电机每机械旋转一周相应的预定数目的参考频率周期，该改进的电机控制电路包括： 表征装置，用于表示在主轴电机的额定工作状态中主轴电机运行速度在若干次旋转中的系统变化特征，该表征装置包括： 速度控制平均装置，用于表示过零信号相对于参考频率周期的平均定时特征；和 换向定时平均装置，用于表示相继的过零信号之间的平均时间特征；以及 补偿装置，用于补偿主轴电机运行速度的系统变化，该补偿装置包括： 速度控制补偿装置，用于响应速度控制平均装置输出改进的速度控制定时信号，即响应由速度控制平均装置表示其特征的平均定时而改进的速度控制定时信号；和 换向定时补偿装置，用于响应换向定时平均装置输出改进的换向定时信号，即响应由换向定时平均装置表示其特征的平均定时而改进的换向定时信号。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）
Adaptive compensation for manufacturing tolerances of spindle motors for hard disk drives
An improved motor control circuit for commutation timing and speed control for winding hard disk drive spindle motor, the circuit has a back EMF sensing circuit used in spindle motor rotation in response to mechanical winding induction voltage to produce a number of zero reference frequency signal, and the circuit cycle and the spindle motor rotation machine each corresponding predetermined number, motor control circuit of the improvement include: the characterization of device for said at the rated working state of the spindle motor spindle motor speed in several times in the rotation of the system changes, the characterization of device comprises a speed control device for zero mean. Relative to the average characteristics of the reference frequency signal timing cycle; and the average commutation timing device, is used to represent the successive zero crossing signal The average time characteristic; and compensation device for system changes the running speed of the spindle motor compensation, the compensation device comprises a speed control device for compensation, response speed control device output average improved speed control timing signal, response speed control device by the mean average timing showing its characteristic and improved speed control signal timing; and the commutation timing compensation device for reversing the timing signal in response to the average output of improved commutation timing device, the average timing response by reversing timing device showing its characteristic and average commutation timing signals are improved.
【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1.专利
本专利技术总体上讲是涉及硬磁盘驱动器工作性能的改进，更详细地说，但并不作为限制，涉及对硬磁盘驱动器主轴电机的旋转速度偏差进行适应性补偿的设备和方法，以减小主轴电机制造容差的影响。2.现有技术的简述硬磁盘驱动器目前作为个人计算机的长期存储装置已越来越普及。这种驱动器包括若干具有可磁化涂层的硬磁盘，通过磁化沿磁盘的同心数据磁道定义的相继数据单元，可以将数据写入其中。由于磁盘的硬性，进一步包括的一个能够精确地进行磁道跟踪的伺服系统能使数据磁道间隔非常紧密，从而一个硬磁盘驱动器可以在一个很小的容积中存储大量的数据。随着计算机技术的进步，硬磁盘驱动器的一个重要特征是驱动器的“存取时间”，它是对一个典型时间的测量，在此期间磁盘驱动器不能执行存储由计算机提供的数据和检索计算机先前提供的存储数据的功能。存取时间一般包括内务操作时间，它是磁盘驱动器为其内部操作服务的时间；查找时间，它是读出/写入转换器磁头查找需要的数据磁道的时间；等待时间，它是当磁盘在转换器磁头下旋转时，所需要的数据磁道上的一个特定扇区到达转换器磁头的时间。本领域的技术人员可以理解，减小存取时间的努力包括通过加快磁盘的运行旋转速度来降低等待时间，以使得转换器磁头移动到适当的数据磁道时，特定扇区到达转换器磁头所需要的时间被减到最小。现代的磁盘驱动器采用无刷直流电机或主轴电机来以需要的运行旋转速度旋转磁盘。这些电机一般有一个包括若干相位的定子，每个相位有一组或多组电绕组绕在定子内的磁极上，并且每个相位中的绕组被串行电连接。每个相位一般与其它相位并行连接，以使得所有相位在“Y”形或“星”形结构中共用公共的中心抽头。电机还有一个包括若干永久磁体的转子。磁盘被机械安置到转子上，通过对定子的一个相位内的绕组的激励来感应磁场，该磁场与转子中的永久磁体互相作用，导致转子和磁盘在要求的方向以要求的运行速度旋转。按预定的次序对定子中的相位有选择地激励被称为电机的换向，它仅仅包括提供一系列定时换向步骤，将能量传递到电机使其旋转。每个换向步骤之间的时间被称为一个换向周期，在电机机械旋转一周内的换向周期数是相位数和电机磁体中的南极和北极总数的函数。例如，一个三相十二极电机在电机每机械旋转一周内有36个换向步骤和36个相应的换向周期，每个换向步骤发生在一个绕组和一个磁极唯一的机械对准时刻，其中一个开关从一个结构或换向步骤切换到下一个。本领域的技术人员知道，换向步骤包括给电机的一个相位提供电流，降低另一个相位的电流，以及使第三相保持在高阻抗使其不被激励。一个换向周期被定义为一系列完整的换向步骤，其中每个相位都依次被提供电流、降低电流和保持不被激励。换向步骤的适当定序和定时将导致电机在要求的方向以要求的速度旋转，并且电机机械旋转一周一般有若干换向周期。换向步骤的定序和定时由换向电路提供给电机，以使电机以要求的运行速度旋转。现代的电机通常有一个反电势感应电路，它测量在保持在高阻抗的未激励相位上产生的反电势，将该电压与中心抽头上的电压进行比较，在电压的过零点，也就是当反电势电压相对于中心抽头的电压改变极性时，产生一个信号。过零点随后被作为产生下一换向脉冲的定时的参考，以及作为指示电机的位置和相对速度的参考。本领域的技术人员会理解，在运行过程中主轴电机运行速度存在微小变化，并且当运行速度增加时，为了保证在数据被存储或从磁盘检索之前转换器磁头与扇区的恰当对准，控制这些变化并使其减到最小变得越来越重要。磁盘运行速度的一个显著变化源来自主轴电机自身的制造容差。这些制造容差可能归因于轴承和轴承表面的变化、主轴电机中永久磁体磁场强度的变化、主轴电机中相位绕组电阻和电感的变化、以及最主要的是绕组之间磁极和槽的间隔变化。这些变化可能显著地影响过零点的定时，由此又影响随后的换向步骤的定时，以及影响速度控制电路保持磁盘以恒定速度旋转的能力。此外，在数据可能存储在数据磁道的一个特定扇区之前，转换器磁头必须首先定位正确的数据磁道并检测正确扇区在通过转换器磁头下面时的边界，因此相比于电机在速度变化近似于零的情况下运行而言，磁盘运行速度的变化通常需要使用较大的定时窗口来检测适当的扇区边界。在许多采用这种反电势感应和换向定时方法的现有技术硬磁盘驱动器中的一个问题是采用先前的过零周期来确定随后换向步骤的定时。例如，一种方法包括将随后的换向步骤安插在最近的过零点之外最近的过零点和下一最近过零点之间的时间的一半或先前过零周期的一半时间的时间点上。由于主轴电机制造容差引起的与过零点定时相关的变化，根据先前的过零周期安插换向步骤可能存在显著的误差，从而导致电机速度的进一步变化。在许多这种现有技术的硬磁盘驱动器中的一个相关问题是采用过零点指示电机速度和位置而产生的；由于主轴电机制造容差引起的过零点的变化，电机速度控制可以在随后的换向步骤对电机速度提供不必要的补偿。例如，当电机实际上以正确的速度运行时，如果由于制造容差的原因，过零点在一个时间点发生，指示电机运行太快，速度控制电路可能通过减小提供的电流来使电机不必要地减速。已经发现某些这类错误对电机中磁盘的机械旋转可能是系统性的；根据这些制造容差，进行每次机械旋转的电机可以在同样的步骤被加速或减速，但同时保持一个整体平均恒定速度。因此需要一种改进的磁盘驱动器控制电路，来补偿由于电机制造容差引起的磁盘旋转速度的系统变化，并提供改进的速度控制，以允许增加电机速度，减小要求的定时窗口。专利技术概述本专利技术提供了一种设备和方法，它通过在主轴电机到达额定运行速度后进行并存储定时测量，然后在主轴电机的运行过程中使用这些测量值以减小由于主轴电机制造容差引起的定时变化的影响，来适应性地补偿磁盘驱动器中主轴电机旋转速度的变化。更详细地说，本专利技术包括一个改进的设备和方法，用于通过减小电机旋转速度系统变化的影响来改进硬磁盘驱动器主轴电机的运行，包括一个表征装置，用于表示在主轴电机额定运行中主轴电机的运行速度在若干次旋转过程中的系统变化特征。该表征装置包括速度控制平均装置，用于表示过零信号相关于参考频率周期的平均定时特征，还包括换向定时平均装置，用于表示相继的过零信号之间的平均时间特征。另外，本专利技术包括补偿装置，用于补偿主轴电机运行速度的系统变化。补偿装置包括速度控制补偿装置，响应速度控制平均装置来输出改进的速度控制定时信号，即响应由速度控制平均装置表示其特征的平均定时而改进的速度控制定时信号；还包括换向定时补偿装置，响应换向定时平均装置来输出改进的换向定时信号，即响应由换向定时平均装置表示其特征的平均定时而改进的换向定时信号。通过采用目前的过零周期而不是先前的过零周期产生随后换向步骤的定时，可以改进主轴电机的换向定时。当电机被启动并达到额定的运行速度后，硬磁盘驱动器进入一个特征方式，其中在主轴电机机械旋转一周中每个过零周期的相关误差被测量为每个过零周期的预定部分和额定过零周期的相应部分之间的相位差。额定过零周期被定义为由参考时钟提供的参考脉冲之间的时间，其中参考脉冲在额定的过零点发生。测量的相位差随后对若干机械转数取平均，从而提供磁盘机械旋转一周中每个过零周期的平均相位差。当平均相位差知道后，硬磁盘驱动器进入运行补偿方式，其中平均相位差被用来将换向步骤定位在最近的参考脉冲之外等本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：S·H·汀斯摩尔，
申请(专利权)人：西加特技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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