HDD用スピンドルモータにおける振動・騒音評価技術の研究開発についてお話できます

・2010.4 – 2011.9
　100 bit/um2のデータ記録密度をもつハードディスクはモータの回転精度を向上できれば、データ容量の増加およびデータ読み書きの信頼性を向上できる。ハードディスク用モータに供給する電圧が変化すると回転精度が低下するため、電圧を±0.01 % 以内の超高精度制御する必要があり、Mechanical、Electrical、Control、Precise Measurementのスキルが必要となる。
　回路シミュレーション技術、電気電子回路の設計知識、大学院で習得した精密計測技術を組み合わせることで、出力電圧をフィードバック制御するシステムを構築した。結果、目標の2倍となる0.005 % の超高安定電源を開発した。これをチームで開発した駆動回路に実装することで回転精度が従来比20倍まで改善でき、現在までの5年以上にわたって利用可能な評価技術となった。

・ 2011.10 – 2012.12
　コンプレッサ用モータの効率は現行においても80 % 以上と高いが、その性能を1 % 改善することができればランニングコストの低減だけでなく、発熱減少によるシステムの長寿命化と冷却システムの小型化、など多くのメリットが得られる。しかしながら、モータの回転速度とトルクを組み合わせた動作条件は無数にあるため、全ての動作点において効率を改善するためにはモータの機械・電磁気的な構造と制御プログラムの双方を駆使する必要がある。この問題に対して、7名からなるプロジェクトのリーダとしてモータ性能を最大化する制御技術を開発した。
　Mechanical、Electrical、Controlなどの要素も考慮したシミュレータを作成することで、実機を用いることなくモータの駆動特性を評価可能とし、制御技術の評価サイクルを高速化した。位置センサについては、電圧と電流からモータ磁石の位置を推定する制御技術によりセンサレス化し、モータの小型化とコストダウンを実現した。効率については、モータでの損失が最小となるように電流を制御することで、製品規格内の速度とトルクの動作条件において最大効率で駆動するプログラムを開発した。さらに、モータの性能を評価するために必要となる計測システムも設計した。その結果、規格範囲内の全負荷条件において効率を平均で2 %向上した。

・ 2013.1 – 2016.3
　年間約5億台の生産されているハードディスク用モータの振動を低減できれば、ハードディスクの信頼性の向上、データ保存容量の増加、データ読み書きの高速化、顧客のデータ喪失リスクの減少、などの多くのメリットが得られる。そのため、モータメーカへの要望としては、振動による不良品率を低減し、検査を高速化することで市場へ不良品が流出しないようにすることが求められている。そこで、ハードディスク用モータの量産工程における抜き取り検査を全数検査化することで製品品質を強化するプロジェクトに参加した。共振する可能性のある励振周波数については、開発部がモータの剛性を増加することで回避した。開発研究部では、不良を検出できる性能と生産能力へ影響を与えない高速性を備えた検査技術を開発した。
　振動を周波数軸上で評価するフーリエ変換は、サンプリングウインド内を等分割し、それぞれに個別の周波数を配置することで、一度に複数の周波数を測定できるため検査を高速化できるが、ゲインが減少するため検出性能が低下する。モータの振動は、磁界中に電流を流すことで力が発生するフレミングの左手則に従うため、同じ電流振幅でも磁石の位置と通電するコイルの組み合わせによって振動が変化する。そのため、振動が最大となるように電流を印加することで検出性能を改善できる。この２つの手法を組み合わせることで従来の100倍以上高速化しても必要な検出性能を有する評価技術を構築した。また生産技術部では、開発した技術を用いて全数検査を実施することで製造工程のバラツキを低減する条件を求めた。これにより、不良品率を設計で低下し、振動特性の全数検査を行うことで不良流出を防止し、競合に対する品質優位性を得た。

・ 2016.4 – present
　新規ビジネスの開拓を目的とした新商品試作において、ロボットアーム用アクチュエータの開発プロジェクトにモータ制御技術の開発リーダとして参加した。ロボットアームに要求される駆動技術のベンチマークに加え、通信規格も設計し、2017年1月にラスベガスで開催されたCES2017に出展した。現在は、出展結果を基にした二次試作機、出力ラインナップの充足に対応中。

■その他
どちらでご経験されましたか？: 日本電産株式会社、中央開発技術研究所
いつごろ、何年くらいご経験されましたか？: 2010年4月 〜 継続中
その時どのような立場や役割でしたか？: 課長代理（現場で実際の業務リーダ）として、設計・生産工程の検査技術の高性能化（高速化、高感度化）についての技術開発を進めた。
得意な分野・領域はなんですか？: 小型モータの振動・騒音評価
1 kW 以下のモータにおける高性能駆動技術（即応性、効率、位置センサレス）