KR100842455B1 - 제어 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정보를 담고 있는 표면 HD에 대해 정보를 판독 및 기록하는 헤드 MRH가 제공된 암 MA을 이동시키는 모터 CM를 제어하는 디바이스에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디바이스는
모터 CM의 권선의 전원이 관리되게 하는 제어 수단과,
권선의 전원이 차단될 때 회전자의 이동에 의해 상기 권선 내로 유도되는 역기전력(counter-electromotive force)의 값을 측정하는 측정 수단을 포함한다.
본 발명은 정지 존 PZ로 향하는 암 MA의 비상 복귀 상태 동안 암 MA의 각 속도가 측정되고 제어되게 한다.
응용 분야: 하드 디스크를 마이크로컴퓨팅(microcomputing)하는 제어 회로.
Description
도 1은 본 발명에 따른 제어 디바이스의 기능도의 부분을 도시한 도면,
도 2는 암의 모터의 전기적 특성을 도시한 전기적 배선도(an electrical wiring diagram),
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른 측정 수단을 도시한 기능도,
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따른 제어 수단 및 비교 수단을 도시한 기능도,
도 5는 본 발명이 사용되는 장치를 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
CM : 제 1 모터 TM : 제 2 모터
Mi : 전원 단자 MA : 암
MRH : 헤드 HD : 하드 디스크
본 발명은 권선(a winding)이 제공된 회전자(a rotor)와 고정자(a stator)를 포함하는 모터(a motor)를 제어하는 디바이스에 관한 것이다.
이러한 디바이스가 사용되는 장치는 유럽 특허 출원 EP 0859456 A1에 기술되어 있다. 이 장치는, 정보를 판독 및 기록하기 위한 헤드가 제공되며 위에서 언급한 모터에 의해 움직이도록 제작된 암(arm)과, 표면에 정보를 담고 있는 디스크, 가령 컴퓨터용 자기 하드 디스크의 회전(rotation)을 일으키는 이른 바 제 2 디스크 모터를 포함한다. 각 모터에는 일반적으로 전원 단자라고 지칭되며, 모터의 회전자가 움직이게 하는 자기장을 발생시키는 하나 또는 그보다 많은 권선에 접속된 입력 단자가 제공된다. 각각의 전원 단자는 이 장치의 정상적인 동작 동안 권선에 에너지를 공급하는 전원 회로에 접속된다. 장치의 전원이 갑자기 차단될 때, 디스크로부터의 운동 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터의 회전자는 계속해서 회전하고, 그 때문에 전원 단자에 역기전력(a counter-electormotive force)을 생성하게 되어 제 2 모터는 제너레이터로 작용한다. 이른바 비상 복귀 상태(emergency return phase) 동안 암의 모터의 공급 전압에 대한 대체물로서 작용하는 이러한 역기전력은, 상기 모터가 정지 존(a rest zone)을 향해 암을 이동시킬 수 있게 해야 하며, 여기 정지 존은 암이 판독 및 기록 헤드를 손상시키지 않으면서 정지(rest)할 수 있도록 구현된다.
알려진 디바이스에서, 암의 모터의 권선에 인가된 전압의 값은 상기 비상 복귀 상태 동안에는 제어되지 않는데, 이는 상기 전압이 디스크의 회전 속도의 함수로 변화한다는 사실 때문이다. 이것은 암의 속도도 또한 제어되지 않는다는 것을 암시한다.
그 결과, 암이 정지 존을 향해 고속으로 이동할 가능성이 있으며, 암을 정지 위치로 유지시키는 스탑(stop)과 암이 충돌할 수 있다. 이러한 충돌은 암이 디스크의 방향으로 리바운드(rebound)되게 하여 디스크와 판독 헤드가 서로 격렬하게 접촉하게 함으로써 두 엘리먼트의 손상 가능성을 가져올 수 있다.
이와 반대로, 비상 복귀 상태 동안 암의 속도가 너무 느리면, 암은 디스크의 모터의 회전 종료 후에 제 2 모터에 의해 발생한 역기전력이 사라지기 전에 정지 존을 향한 암의 움직임을 완료하기에 충분한 시간을 가지지 못할 수 있는데, 이는 암의 운동 에너지가 전부 손실되었을 때 불가피하게 발생한다. 이 경우에, 판독 및 기록 헤드는 정지 존 대신에 디스크 상에 도달하여 디스크 뿐만 아니라 헤드에도 손상을 가져올 수 있다.
이러한 이유 때문에, 본 발명의 목적은 암의 속도가 측정될 수 있는 제어 디바이스를 제공함으로써 이러한 단점을 극복하는 것이다.
본 발명에 따르면, 서두에 따른 제어 디바이스는 암의 모터의 회전자의 권선에 공급된 전력을 관리할 수 있게 하는 제어 수단과,
회전자의 권선의 전원이 차단될 때 회전자의 이동에 의해 상기 권선으로 유도되는 역기전력의 값을 측정하는 수단을 포함한다.
이 제어 디바이스에서, 암의 모터의 회전자에 의해 발생한 역기전력은 권선에 에너지가 공급되지 않는 짧은 기간 동안 측정된다. 그 결과, 이 기간 동안, 암의 속도는 일정하며, 값이 측정되는 역기전력에 비례한다. 그러므로, 측정 수단에 의해 측정되는 값은 암의 속도를 나타낸다.
암의 속도가 본 발명에 의해 측정될 수 있기 때문에, 정지 존을 향한 암의 변위가 최상의 가능한 조건에서 발생하는 것을 보장하도록 상기 속도를 제어할 수 있다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 암이 정지 존을 향해 주행하는 동안의 서로다른 시점에 암의 속도를 측정하고, 이렇게 측정된 값을 최적 주행에 대응하는 사전결정된 값과 비교하며, 암의 효율적인 속도를 조정하여 암의 주행이 최적 주행에 부합하게 되는 것을 보장한다.
본 발명의 그러한 실시예에서, 전술한 제어 디바이스는 기준 전압의 값과 측정 수단에 의해 공급된 역기전력의 값의 비교 결과를 표현하는 명령 신호를 공급하는 비교 수단을 더 포함하되, 상기 제어 수단은 상기 명령 신호에 의해 조정된다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제어 수단은 주 전류 경로가 전압 소스와 회전자의 권선의 단자 사이에 연장되어 있는 트랜지스터를 포함하되, 상기 트랜지스터의 도통(conduction)은 명령 신호에 의해 제어된다.
이러한 실시예는, 이 실시예가 비상 복귀 상태 동안에는 기동되고 정상 동작 모드 동안에는 이 권선에 전력을 공급하는 회로로부터 분리되는 특정 전원 회로를 암의 모터의 권선에 제공하기 때문에 유리하다. 이 특정 전원 회로가 명령 신호에 의해 조정되기 때문에, 암의 속도는 용이하게 그리고 거의 순간적으로 조정될 수 있다.
본 발명의 특히 유리한 실시예에 따르면, 기준 전압의 값은 시간의 경과 시 단조적으로(monotonically) 가변한다.
이러한 실시예는 암의 속도가 연속적인 제어 방식으로 감속되도록 하여 상기 암이 어떠한 리바운드(rebound)도 피할 수 있을 정도로 충분히 낮은 속도로 정지 존에 도달할 수 있게 한다.
전술한 바에 따르면, 또한 본 발명은 그의 애플리케이션 중의 하나로 이러한 목적을 위해 제공된 캐리어(carrier)의 표면 상에 정보가 기록되게 하고, 상기 정보가 암에 의해 운반되는 판독 및 기록 헤드를 사용하여 판독되게 하는 장치에 관한 것으로, 암은 제 1 모터에 의해 이 캐리어에 대해 이동하게 되고, 상기 캐리어는 제 2 모터에 의해 이동하게 되며, 이 장치는 제 1 모터가 전술한 제어 디바이스에 의해 조정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이러한 측면 및 다른 측면은 비한정적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 자명하게 설명될 것이다.
도 1은 제 2의 3상 모터(a second three-phase motor) TM에 의해 회전하는 정보-보유 디스크에 대해 정보를 판독 및 기록하는 헤드가 제공된 암을 설정하는 제 1 직류 모터 CM의 제어 디바이스를 개략적으로 도시한다. 제 1 및 제 2 모터 CM 및 TM에는 각각 입력 단자 (M4, M5) 및 (M1, M2, M3)가 제공된다. 각 전원 단자(Mi)는 대응하는 모터의 권선에 접속되며, 이 권선은 해당 모터의 회전자가 움직일 수 있게 하는 자기장을 발생시킨다. 전원 단자(Mi)(여기서 i는 1 부터 5 까지임)는 각각 하나씩 전원 회로에 접속되며, 이 전원 회로는 정상 모드에서의 동작 동안 권선의 에너지 공급을 보장하기 위해 교대로 기동되는 추가 전력 트랜지스터(Pi, Ni)에 의해 형성된다. 이 예에서, 제 1 모터 CM의 전원 회로는 전원 단자(M4)와 제 1 모터 CM의 권선 간에 배열된 정밀 저항기(a precision resistor)(Rs)를 포함한다. 이 정밀 저항기(Rs)의 기능은 이후에 설명될 것이다.
갑작스런 전력 차단의 경우에, 제 2 모터 TM의 회전자는 자신의 운동 에너지 및 자신이 견고하게 부착된 디스크의 운동 에너지에 의해 구동되고, 계속 회전하여 자신의 전원 단자(M1, M2, M3)에 역기전력을 발생시키는데, 이 경우, 이 제 2 모터는 제너레이터로 작용한다. 이 역기전력은 이른바 비상 복귀 상태 동안 제 1 모터 CM의 공급 전압 VCC에 대한 대체물로서 작용할 수 있으며, 이러한 비상 복귀 상태 동안 제 1 모터 CM은 일반적으로 전력 트랜지스터(P1, P2, P3) 내에 존재하는 기생 다이오드인 다이오드(DP1, DP2, DP3)에 의해 제 2 모터 TM으로부터 전류를 탭핑(tap)한다. 이에 따라 제 1 모터 CM은 정지 존을 향해 암을 이동시키고, 암은 판독 및 기록 헤드에 손상을 주지 않으면서 정지하도록 구현된다.
여기서 도시된 제어 디바이스는
회전자의 권선의 전원이 관리되게 하는 제어 수단과,
회전자의 권선의 전원이 차단될 때 회전자의 움직임에 의해 상기 권선으로 유도되는 역기전력의 값을 측정하는 수단을 포함한다.
측정 수단 및 제어 수단은 제어 모듈 CNT 내에 통합된다. 본 발명에 따르면, 제 1 모터 CM의 회전자에 의해 발생한 역기전력은 이 모터의 권선에 에너지가 공급되지 않는 짧은 기간 동안 측정된다.
이 기간 동안, 신호 Poff는 제어 모듈 CNT에 명령하여 트랜지스터(N4, N5)를 도통시키고 트랜지스터(P4, P5)를 차단한다. 그 결과, 암의 속도는 일정하게 되고 역기전력에 비례하게 되며, 그 값은 측정된다. 이렇게 측정 수단에 의해 측정된 값은 암의 속도를 나타낸다.
도 2는 상기 모터가 제너레이터로 사용될 때, 즉, 회전자━상기 회전자는 고정자의 상호의존 자석(interdependent magnets)에 의해 발생한 영구 자기장 내에 배치됨━의 회전이 자신의 운동 에너지에 의해 계속되는 동안에 권선의 전원이 차단될 때, 제 1 모터 CM의 등가 회로를 도시한다. 이 모터는 두 단자 Act+ 및 Act-를 갖는 권선을 포함하며, 권선은 이 두 단자 사이에서 전압 Vcm 를 생성하며, 전류 Icm이 상기 권선을 통해 흐른다. 그러므로, 모터 CM은 권선의 저항에 대응하는 저항 RCM과, 권선의 인덕터에 대응하는 인덕터 Lcm과, 자기장 내에 배치된 회전자의 움직임에 의해 발생한 역기전력에 대응하는 전압 제러네이터 e의 직렬 배열과 등가이다. 전류 Icm이 일정할 때, 역기전력 e는 등식 e = Vcm - (Rcm*Icm)으로 표현될 수 있다.
도 3은 이 권선의 전원이 차단될 때 모터 CM의 권선 내로 유도되는 역기전력을 측정하는 수단의 실시예를 도시한다. 이 측정 수단은 제어 모듈 CNT 내에 포함되며, 제 1 및 제 2 연산 증폭기 (AO1, AO2)를 각기 포함한다. V1이 정밀 저항기 Rs와 모터 CM 간의 중간 단자의 전위를 나타낸다면, 반전 증폭기(an inverting amplifier)가 되도록 구성되어 있는 제 1 연산 증폭기는 다음의 등식으로 표현될 수 있는 신호 V2 를 공급한다.
V2 = V1 - (Rs*Icm*R1/R2)
감산기(a subtracter)가 되도록 구성되는 제 2 연산 증폭기는 다음의 등식으로 표현될 수 있는 신호 Vb 를 공급한다.
Vb = 2*[V(M5) - V2] + V0
도 2의 수학식(notations)에 따라 등식 V(M5) - V1 = -Vcm 이 참으로 간주되고, Rs*R1/R2 = Rcm이 선택되면, 다음의 등식이 얻어진다.
Vb = -2*[Vcm - (Rcm*Icm)] + V0 또는 등식 Vb = -2*e + VO
그러므로, 제 2 연산 증폭기(A02)에 의해 공급된 신호는 모터 CM의 권선 내로 유도되는 역기전력을 나타낸다. 따라서, 측정 수단은 자신의 에너지 공급이 차단될 때 이 모터 CM의 회전자의 회전 속도를 측정한다.
도 4는 이 경우에 레지스터 Vrefr에 저장된 기준 값과 이 경우에는 레지스터 Vbr에 저장되며 제 1 모터의 회전자의 회전 속도를 나타내는 측정수단에 의해 제공된 신호의 값 간의 비교를 나타내는 명령 신호 Cs를 공급하는 비교 수단을 포함하는 제어 수단의 실시예를 도시한다. 이 예에서, 비교 수단은 디지털 비교기 CMP에 의해 형성된다. 다른 실시예에서는, 측정 수단에 의해 공급된 신호 및 아날로그 기준 신호를 직접 수신하는 아날로그 비교기를 사용할 수 있다.
명령 신호는 주 전류 경로가 전원 단자 VCC와 제 1 모터 CM의 권선 사이에 연장된 트랜지스터 BT의 도통을 제어한다. Vb = -2*[Vcm - (Rcm*Icm)] + V0 인 것을 고려할 때, 명령 신호 Cs의 값은 디스크의 회전 속도가 기준 값에 의해 규정된 값 미만이 되면 포지티브가 된다. 이 경우에, 트랜지스터 BT는 도통되며, 모터 CM의 권선에 전력을 공급하여 모터 CM의 회전 속도를 증가시킨다. 디스크의 회전 속도가 기준 값에 의해 규정된 값보다 높은 경우, 명령 신호 Cs는 네거티브가 되어, 트랜지스터 BT의 도통 및 모터 CM의 권선으로의 전원을 차단함으로써 모터 CM의 회전 속도를 감소시킨다.
신호 Poff에 의해 제어되는 차단기(an interrupter)와 같이, 도면에 도시하지 않은 수단이 모터 CM의 회전 속도를 측정하기 위해 필요한 시간 동안 트랜지스터 BT가 차단되도록 할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 모터 CM에 의해 움직이는 암이 정지 존을 향해 움직이는 동안의 서로 다른 시점에 암의 속도를 측정하고, 소트프웨어에 의해 레지스터 Vrefr의 내용을 변경하는 동안, 이렇게 측정된 값을 최적 주행에 대응하는 사전결정된 값과 비교하며, 암의 효율적인 속도를 조정하여 암의 주행이 최적 주행에 부합하는 것을 보장한다.
특히, 기준 값이 단조적으로 가변하도록 레지스터 Vrefr의 내용이 프로그램되어 가령 기준 값이 시간의 경과 시 연속적으로 감소하게 되면, 암의 속도도 연속적으로 감소하여, 암은 실제로 제로인 속도로 정지 존에 도달하게 된다.
도 5는 본 발명이 유리하게 사용될 정보 저장 장치를 개략적으로 도시한다. 이 장치는 정보를 판독 및 기록하는 헤드 MRH가 제공되는 암 MA를 포함하며, 이 암 MA는 정보를 담고 있는 표면에 대해 제 1 모터 CM, 이 경우에는 하드 디스크 HD에 의해 움직이도록 만들어진다. 제 2 모터 TM은 디스크 HD에 회전 운동을 준다.
이러한 장치의 전원이 갑자기 차단될 때, 디스크 HD로부터의 운동 에너지에 의해 구동되는 제 2 모터 TM의 회전자는 계속해서 회전하고, 그 때문에 그의 전원 단자에 역기전력을 생성하여 제 2 모터가 제너레이터 TM으로 기능하게 한다. 이른바 비상 복귀 상태 동안 제 1 모터의 공급 전압의 대체물로서 작용하는 이러한 역기전력은 암 MA가 판독 및 기록 헤드 MRH에 손상을 주지 않으면서 정지하도록 암 MA를 정지 존 PZ를 향해 움직이게 해야 한다. 본 명세서에 도시한 실시예에서, 정지 존은 디스크의 외부에 위치한다. 다른 애플리케이션에서는, 이 정지 존은 디스크 HD 그 자체 상에 제공될 수도 있다.
본 발명은, 암 MA이 정지 존 PZ에 도달하기에 충분한 속도로 움직이지만 상기 암의 속도는 암의 이동이 종료될 때에 암 MA를 정지 존 PZ에 배치시키는 스탑 BU으로부터 암 MA가 리바운드되지 않을 정도로 충분히 낮도록, 암 MA의 각 속도(angular speed)가 측정되고 조정되게 한다.
본 발명은, 암 MA이 정지 존 PZ에 도달하기에 충분한 속도로 움직이나 상기 암의 속도는 움직임이 끝나갈 때에 암 MA를 정지 존 PZ에 배치시키는 스탑 BU 으로부터 암 MA가 리바운드되지 않도록 충분하게 낮게 되도록, 암 MA의 각 속도(angular speed)가 측정되며 조정되도록 하게 한다.
Claims (5)
- 권선이 제공된 회전자와 고정자를 포함하는 모터를 제어하는 디바이스에 있어서,상기 권선의 전원을 관리할 수 있는 제어 수단과,상기 권선의 상기 전원이 차단될 때 상기 회전자의 움직임에 의해 상기 권선으로 유도된 역기전력(counter-electromotive force)의 값을 측정하는 수단과,기준 전압의 값과 상기 측정 수단에 의해 공급된 상기 역기전력의 값의 비교 결과를 나타내는 명령 신호를 공급하는 비교 수단을 포함하되,상기 제어 수단은 상기 명령 신호에 의해 조정되고,상기 기준 전압의 값은 시간의 경과 시에 단조적으로(monotonically) 변화하는제어 디바이스.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제어 수단은 주 전류 경로가 전압 소스와 상기 회전자의 상기 권선의 단자 사이에 연장된 트랜지스터를 포함하되,상기 트랜지스터의 도통은 상기 명령 신호에 의해 제어되는제어 디바이스.
- 삭제
- 캐리어(carrier)의 표면 상에 정보를 기록하고, 암(arm)에 의해 운반되는 판독/기록 헤드를 이용하여 상기 정보를 판독할 수 있는 장치━상기 암은 제 1 모터에 의해 상기 캐리어에 대해 이동하고, 상기 캐리어는 제 2 모터에 의해 이동함━로서,상기 제 1 모터가 청구항 제 1 항에 따른 제어 디바이스에 의해 조정되는 장치.
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