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技術 自動ドアの制御方法及び制御装置

出願人 YKK株式会社
発明者 田中保
出願日 2003年7月29日 (17年5ヶ月経過) 出願番号 2003-202809
公開日 2005年2月24日 (15年10ヶ月経過) 公開番号 2005-048356
状態 拒絶査定
技術分野 ウイング用動力操作機構 無整流子電動機の制御
主要キーワード ブレーキ点 設定速 通電制御方式 通常開閉動作 ホールセンサー 無整流子電動機 開き速度 マットスイッチ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年2月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

ドア通常開閉動作に発生する振動騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できる自動ドア制御方法とする。

課題を解決するための手段

ブラシレスモータモータ2を用いてドア1を開閉動作する自動ドアにおいて、センサー3の検出信号によってドア1を通常開閉動作する場合にはモータ2を正弦波通電制御方式通電制御して発生する振動・騒音を抑制し、ドア1の閉じ動作中にセンサー3の検出信号が入力してドア1を反転する場合にはモータ2の通電制御を矩形波通電制御方式切換えて確実にモータ2を逆転してドア1を確実に反転動作できるようにする。

概要

背景

特許文献1、2に開示されたように、出入口に設けられ、その出入口を開閉するドアを、モータによって開閉動作する自動ドアが知られている。
このような自動ドアにおいては、そのドアを開閉動作するモータとして、耐久性や価格の面からブラシレスモータが多く用いられている。
このブラシレスモータは、無整流子電動機といわれるもので、電力変換の制御をモータの回転子磁極位置で行なうものである。

概要

ドアの通常開閉動作に発生する振動騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できる自動ドアの制御方法とする。ブラシレスモータのモータ2を用いてドア1を開閉動作する自動ドアにおいて、センサー3の検出信号によってドア1を通常開閉動作する場合にはモータ2を正弦波通電制御方式通電制御して発生する振動・騒音を抑制し、ドア1の閉じ動作中にセンサー3の検出信号が入力してドア1を反転する場合にはモータ2の通電制御を矩形波通電制御方式切換えて確実にモータ2を逆転してドア1を確実に反転動作できるようにする。

目的

本発明は、前述の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ドアの通常開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できるようにした自動ドアの制御方法及び制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

ブラシレスモータを用いてドア開閉動作する自動ドアにおいて、通常の開閉動作時には正弦波通電制御方式によってモータ通電制御し、ドア反転動作時には矩形波通電制御方式によってモータに通電制御するようにしたことを特徴とする自動ドアの制御方法

請求項2

ドア反転動作時におけるドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下の時に、モータの通電制御を矩形波通電制御方式に切換し、かつドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上の時に、モータの通電制御を正弦波通電制御方法に切換えるようにした請求項1記載の自動ドアの制御方法。

請求項3

ドア1と、このドア1を開閉動作するブラシレスモータであるモータ2と、ドア1に人等が接近したことを検出するセンサー3と、前記モータ2を駆動制御する制御部4を備え、前記制御部4は、センサー3の検出信号によってドア1が通常開閉動作するようにモータ2に正弦波通電制御方式で通電制御する機能と、ドア1を閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が入力されるとドア1を反転動作するようにモータ2に矩形波通電制御方式で通電制御する機能を有することを特徴とする自動ドアの制御装置

請求項4

制御部4は、ドア1を閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が入力されるとモータ2をブレーキ動作し、ドア1の閉じ方向のモータ2の回転速度が設定速度以下となった時にモータ2に矩形波通電制御方式で通電制御して反転動作し、ドア1の開き方向のモータ2の回転速度が設定速度以上となった時にモータ2に正弦波通電制御方式で通電制御する機能を有する請求項3記載の自動ドアの制御装置。

技術分野

0001

本発明は、建物出入口等に設けられ、その出入口等を開閉するドアを、モータによって開閉動作する自動ドア制御方法及び制御装置に関する。

0002

特許文献1、2に開示されたように、出入口に設けられ、その出入口を開閉するドアを、モータによって開閉動作する自動ドアが知られている。
このような自動ドアにおいては、そのドアを開閉動作するモータとして、耐久性や価格の面からブラシレスモータが多く用いられている。
このブラシレスモータは、無整流子電動機といわれるもので、電力変換の制御をモータの回転子磁極位置で行なうものである。

背景技術

0003

【特許文献1】
実開昭60−164585号公報
【特許文献2】
特開2000−102280号公報

0004

前述のブラシレスモータは、回転子磁極位置を検出する回転子磁極位置検出器を備え、この検出した回転子の磁極位置に基づいて電力変換を制御している。
この電力変換の制御は、矩形波通電制御方式正弦波通電制御方式が知られている。

0005

前述の矩形波通電制御方式は、検出した回転子の磁極位置検出信号によって電機子巻線通電開始通電終了すると共に、その通電電流がON、OFFで制御され、その電流波形矩形状となるので矩形波通電制御方式と呼ばれる。
例えば、回転子の磁極位置検出用として安価なホールセンサーがブラシレスモータの相数分取り付けられている。3相モータの場合、このホールセンサーは、電気角120゜毎の位相差をもつ出力信号を出力するように3つ配置され、その出力信号に応じて電機子巻線の通電相を120゜毎に切り換える。この場合には120゜通電制御方式と呼ばれる。

0006

前述の正弦波通電制御方式は、検出した回転子の磁極位置信号によって電機子巻線に通電開始通電終了すると共に、その通電電流が順次増大して後に順次減少するように制御され、その電流波形正弦波を描くので正弦波通電制御方式と呼ばれる。
例えば、前述した3相モータの場合、ホールセンサーが電気角120゜毎の位相差をもつ出力信号を出力するように3つ配置されているので、回転子の磁極位置検出が電気角60゜に1回できるから、電気角60゜毎に電流値を設定すると共に、その位置以外の部分についてはモータの速度から電流値を推測して通電電流を正弦波とする。

0007

前述の矩波形通電制御方式は、回転子の磁極位置検出信号で電機子巻線への通電がON、OFFされるので、確実に回転制御できると共に、急激な正転逆転の切り換えにも対応できる。
このことから、ブラシレスモータを用いた自動ドアにおいては前述の矩形波通電制御方式が主として実用化されている。

0008

しかし、前述の矩形波通電制御方式は、通電する電機子巻線を切り換える時(通電相の切換時)にトルク変動トルク落ち込み)を生じ、ドア開閉動作時の騒音振動の原因になっている。

0009

このことを解消するために、前述の特許文献2に開示された自動ドアは、ブラシレスモータを用いると共に、正弦波通電制御方式を採用し、電機子巻線を切り換える時のトルク変動を小さくし、ドア開閉動作時の騒音、振動を抑制するようにしている。

0010

前述のように、正弦波通電制御方式によってブラシレスモータを駆動した場合、モータを一定速度で駆動してドアを一定速度で開閉動作したり、モータを加速して停止しているドアを開閉動作開始したり、モータを減速して開閉動作しているドアを停止開始する際は問題がないが、モータの回転方向を急激に変えてドアを反転動作する際に問題が生じる。
前述のドアの反転動作とは、ドアが開いた状態から閉じ動作中に人(物)を感知すると、直ちにモータを逆転してドアを開き動作してドアが人(物)に衝突することを防止する動作である。

0011

前述の問題とは、正弦波通電制御方式でブラシレスモータを駆動制御している自動ドアにおいて、前述のようにドアを反転動作しようとすると、モータが正しく逆転せずにドアを正しく反転動作できないことがある、ということである。
すなわち、モータを一度完全に停止してから逆転すれば問題がないが、前述したように反転動作時には、モータを停止させずに回転し続けている状態で、そのモータを逆転するから、その回転し続けているモータの回転子の磁極位置に基づいて逆転時の回転子の位置を推測し、それに基づいて逆転時の通電電流の正弦波を推測することになり、推測している正弦波に誤差が生じる。
このように、推測している正弦波に誤差が生じ、回転子の推定位置と回転子の実際の位置とが違うと、モータを回転させることができず、その結果モータが停止したり、反転できないことがある。さらに、反転動作をせず、そのまま閉じ動作を継続することもある。
また、モータが反転したとしても、振動や騒音を発生する原因となる。

発明が解決しようとする課題

0012

本発明は、前述の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ドアの通常開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できるようにした自動ドアの制御方法及び制御装置を提供することである。

0013

第1の発明は、ブラシレスモータを用いてドアを開閉動作する自動ドアにおいて、
通常の開閉動作時には正弦波通電制御方式によってモータに通電制御し、ドア反転動作時には矩形波通電制御方式によってモータに通電制御するようにしたことを特徴とする自動ドアの制御方法である。

0014

第2の発明は、第1の発明においてドア反転動作時におけるドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下の時に、モータの通電制御を矩形波通電制御方式に切換し、かつドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上の時に、モータの通電制御を正弦波通電制御方法に切換えるようにした自動ドアの制御方法である。

0015

第3の発明は、ドア1と、このドア1を開閉動作するブラシレスモータであるモータ2と、ドア1に人等が接近したことを検出するセンサー3と、前記モータ2を駆動制御する制御部4を備え、
前記制御部4は、センサー3の検出信号によってドア1が通常開閉動作するようにモータ2に正弦波通電制御方式で通電制御する機能と、ドア1を閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が入力されるとドア1を反転動作するようにモータ2に矩形波通電制御方式で通電制御する機能を有することを特徴とする自動ドアの制御装置である。

0016

第4の発明は、制御部4は、ドア1を閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が入力されるとモータ2をブレーキ動作し、ドア1の閉じ方向のモータ2の回転速度が設置速度以下となった時にモータ2に矩形波通電制御方式で通電制御して反転動作し、ドア1の開き方向のモータ2の回転速度が設定速度以上となった時にモータ2に正弦波通電制御方式で通電制御する機能を有する自動ドアの制御装置である。

0017

【作 用】
第1の発明によれば、通常開閉動作時にはモータが正弦波通電制御方式で通電制御されるから通常開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制でき、反転動作時にはモータが矩形波通電制御方式で通電制御されるから、ドアを確実に反転動作できる。

課題を解決するための手段

0018

第2の発明によれば、ドアを反転動作する時に、そのドアの閉じ方向のモータの回転速度が設定速度以下となるとモータの通電制御が矩形波通電制御方式に切換り、ドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上となるとモータの通電制御が正弦波通電制御方式に再び切換る。
よって、ドアの反転動作がスムーズにできる。
また、設定速度以下でのみ矩形波通電制御方式とするので、騒音・振動が発生しにくい。

0019

図1に示すように、ドア1と、このドア1を開閉動作するモータ2と、そのドア1の近くに人(物)が接近したことを検出するセンサー3と、制御部4で自動ドアの制御装置を構成している。
前記ドア1は開きエンドと閉じエンドとに亘って開閉動作することで、出入口5を開閉する。
前記モータ2はブラシレスモータで、その出力側駆動プーリ6に連結し、この駆動プーリ6と従動プーリ7にベルト8が巻掛けてあり、そのベルト8にドア1が連結してある。
前記センサー3は、マットスイッチタッチセンサ光電センサなどで、ドア1の近く(出入口5)に人(物)が接近したことを検出し、検出信号を出力する。

0020

前記制御部4は、前記センサー3の検出信号とドア速度ドア位置に基づいて予じめ設定した開閉動作パターンでドア1が通常開閉動作するように、前記モータ2に通電制御する。
例えば、図2実線Aで示すように、ドア1が閉じエンドに位置した状態で検出信号が入力されると、高速開動作し、高速開ブレーキ点に到達したら高速開ブレーキ動作して減速することで、低速開動作し、低速開ブレーキ点に到達したら低速開ブレーキ動作をしてドア1を開きエンドに待機する。
この後に、図2に実線Bで示すように、高速閉動作し、高速閉ブレーキ点に到達したら高速閉ブレーキ動作して減速することで低速閉動作をしてドア1を閉じエンドとする。
前述の通常開閉動作の場合には、モータ2への通電制御は正弦波通電制御方式によって行なわれる。

0021

前述のように、ドア1が閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が制御部4に入力されると、制御部4はドア1が反転動作するようにモータ2に通電制御する。
前述の反転動作とは、図1(a)に示すようにドア1が開きエンドから閉じ動作している時に、図1(b)に示すように人aがドア1に接近し、センサー3が検出信号を出力するとモータ2を逆転して図1(c)に示すようにドア1を開き動作してドア1が人aに衝突しないようにすることである。

0022

例えば、図2点線Cで示すように、ドア1が高速閉動作している時に検出信号が入力されると、高速閉ブレーキ動作してドア1を減速し、モータ2を逆転してドア1を高速開動作する。
図2に点線Dで示すように、ドア1が低速閉動作している時に検出信号が入力されると、低速閉ブレーキ動作してドア1を減速し、その後にモータ2を逆転し、ドア1を高速開動作する。
このドア1の反転動作時にはモータ2の通電制御は、矩形波通電制御方式で行なわれる。好ましくは、反転動作時にドア1の閉じ方向のモータ2の回転速度が設定速度以下となった時に矩形波通電制御方式に切換え、ドア1が高速開動作してドア1の開き方向のモータ2の回転速度が設定速度以上となった時には正弦波通電制御方式に切換える。つまり、設定速度以下の範囲Eだけ矩形波通電制御によってモータ2に通電する。好ましくは、モータ2の回転速度が300rpm以下で切換える。

0023

前述したように、通常開閉動作時に正弦波通電制御方式でモータ2に通電制御し、反転動作時に矩形波通電制御方式でモータ2に通電制御することで、ドアの開閉動作時に発生する振動、騒音を抑制できると共に、ドアを確実に反転動作できる。
なお、反転動作時にドア1の閉じ方向のモータ2の回転速度が設定速度以下に低下した時に矩形波通電制御方式とし、モータ2が逆転してドア1の開き方向のモータ2の回転速度が設定速度以上となった時に再び正弦波通電制御方式とすることで、ドアの反転動作をスムーズにできる。
つまり、正弦波通電制御方式で通電制御している時に減速してモータ2を低速とすることで、その正弦波と矩形波段差が、減速せずにセンサー3の検出信号の入力と同時に矩形波通電制御方式に切換える場合の段差よりも小さく、スムーズに反転動作できる。

0024

図2に示す実線A、B、点線C、Dはドア1の速度を示し、反転動作時の通電制御方式の切換えはモータ2の回転速度で説明しているが、ドア1の速度とモータ2の回転速度は比例関係にあるので、前述のように図2にドアの速度を示し、通電制御方式の切換えをモータ2の回転速度で説明しても問題がない。

0025

また、モータ2の回転速度によって通電制御方式を切換えしたが、ドア1の速度によって通電制御方式を切換えるようにしても良い。
例えば、モータ2の回転速度からドア1の開・閉速度を算出し、ドア1の閉じ速度が設定速度以下の時に矩形波通電制御方式に切換え、ドア1の開き速度が設定速度以上の時に正弦波通電制御方式に切換える。
この場合の設定速度は、5cm/s以下が好ましい。

0026

次に、本発明の具体例を説明する。
前記モータ2は、図3に示すように3相4極のブラシレスモータで、その電機子巻線にゲート駆動回路20で通電制御して回転駆動される。このモータ2は回転子の磁極位置及び回転速度を検出するための手段、例えば3つのホールセンサー21,22,23を備えている。
この3つのホールセンサー21,22,23は電気角60゜毎に出力信号が変化する。

0027

前記制御部4は、モータ制御部40、ドア制御部41、回転子磁極位置検出部42、速度検出部43、ドア位置検出部44を備えている。
前記モータ制御部40は、正弦波PWM算出部45と矩形波PWM算出部46と正弦波と矩形波の切換部47を備えている。

0028

前記回転子磁極位置検出部42は、第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の出力信号の組み合せで電気角60゜毎の位置を検出する。
前記速度検出部43は、第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の出力信号の変化時間で回転子(モータ)の回転速度を検出する。
前記ドア位置検出部44は、第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の出力信号の組合せで回転子(モータ2)の位置を検出し、その回転子の位置からドア1の位置を算出する。例えば、電気角60゜毎に位置を検出するから、12回の位置検出でモータ2が1回転となるので、モータ2の1回転によるドア1の移動距離を設定することで、位置の検出回数によってドア1の位置を算出することができる。

0029

前記正弦波PWM算出部45は、回転子磁極位置検出部42からの位置検出信号と速度検出部43からの速度とから、次に磁極を検出するまでの間の磁極の位置を推測し、さらにドア制御部41からの指令信号によって正弦波PWMのパルス幅を算出する。つまり、正弦波PWM波形を作る。
前記矩形波PWM算出部46も同様に、回転子磁極位置検出部42からの位置検出信号と速度検出部43からの速度と、さらにドア制御部41からの指令信号によって、矩形波PWMのパルス幅を算出する。つまり、矩形波PWM波形を作る。

0030

前述の正弦波PWMと矩形波PWMは切換部47に送られ、ドア制御部41からの切換指令によって切換部47がどちらかを選択してゲート駆動回路21に出力する。または、切換部47の切換指令後に正弦波PWMまたは矩形波PWMのパルス幅を算出して、ゲート回路21に出力しても良い。
この正弦波PWM、矩形波PWMは3つの電機子巻線毎、例えばU上、V上、W上、U下、V下、W下それぞれ作られ、ゲート駆動回路21を通り、FETトランジスタ等を駆動することによりモータ2を回転させる。

0031

前記ドア制御部41には、例えば図2に示すようなドア1の通常動作パターン、反転動作パターンが入力され、速度とドア位置とセンサー3の検出信号に基づいてモータ制御部40に指令を出力し、モータ制御部40がドア1が入力されたパターンに沿って開閉動作するようにモータ2を制御する。

0032

次に、ドア1の反転動作の一例を図4に示す動作フローチャートに基づいて説明する。
ドア1が高速閉じ動作している時にセンサー3から検出信号が入力されると、高速閉じブレーキ動作してモータ2を減速することによってドア1の閉じ速度を遅くする。
具体的には、モータ2は正弦波通電制御方式で通電制御されて一方向に回転駆動されることによってドア1を高速閉じ動作している。
この状態でセンサー3の検出信号が入力されると通電電流を順次ピッチの長い正弦波で、かつ電流値を制御することでモータ2の回転速度を順次遅くし、ドア1の閉じ速度を遅くする。
つまり、前述の正弦波PWMを順次小さくする。

0033

速度検出部43で検出したドアの閉じ方向のモータ2の回転速度が前述の設定速度以下となると、モータ2への通電制御を正弦波通電制御方式から矩形波通電制御方式に切換える。
例えば、ドア制御部41に設定速度を入力しておき、この設定速度と検出したモータ2の回転速度を比較し、モータの回転速度が設定速度よりも遅い場合にはドア制御部41から切換部47に切換信号を出力し、切換部47が矩形波PWMをゲート駆動回路21に出力することで、モータ2を矩形波通電制御方式で制御する。

0034

前記モータ2が逆転されるとドア1は開き動作する。
この開き動作時のモータの回転速度、つまりドア1の開き方向のモータ2の回転速度が設定速度以上となると、モータ2への通電制御を矩形波通電制御方式から正弦波通電制御方式に切換える。
例えば、ドア制御部41に設定速度を入力しておき、この設定速度と検出したモータ2の回転速度を比較し、モータ2の回転速度が設定速度よりも速くなった時にドア制御部41から切換部47に切換信号を出力し、切換部47が正弦波PWMをゲート駆動回路21に出力することで、モータ2を正弦波通電制御方式で制御する。
これ以降は通常の開閉動作を行なう。
この時の設定速度は前述の設定速度と同じでも良いし、異なる速度でも良い。

0035

前述の反転動作においては設定速度以下となった時に矩形波通電制御方式に切換えしたが、閉じ動作中にセンサー3の検出信号が入力されると直ちに矩形波通電制御方式に切換えしても良い。この場合には、設定速度以上となった時、例えば通常の高速開き動作時のモータ回転速度となった時に正弦波通電制御方式に切換える。

0036

次に、前述した反転動作時にモータ2に流れる電流について図5に基づいて説明する。
図5において、π、2π、3πなどは電気角を示し、Hu、Hv、Hwは第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の信号でIu、Iv、Iwはモータ2に流れる電流である。
図5において、左側のπの位置と右側の一πの位置が切換点で、このπの位置までと、一πの位置以降はモータ電流Iu、Iv、Iwの波形は正弦波で正弦波通電制御である。そして、前述のπの位置から一πの位置までの間のモータ電流Iu、Iv、Iwの波形は矩形波で120゜通電制御で、πの位置〜3πの位置の間が閉動作から開動作とするために、モータ2を逆転しようとしている区間であり、この時のモータ2の回転方向は閉動作の時と同じである。3πの位置でモータ2の回転方向が逆転し、3πの位置から一πの位置の間が開き方向のときの120゜通電制御を表わしている。
切換点は、第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の出力信号の組み合せで検出される電気角60゜の位置で切換える。

0037

図5において、第1・第2・第3ホールセンサー21,22,23の信号Hu、Hv、Hwは、3πの位置(回転方向が逆転する位置)を境として対称となる。これはモータ2が逆転(つまり、反転)するからである。
これによって、矩形波も3πの位置を境として対称となる。

発明を実施するための最良の形態

0038

また、図5は見やすくするため、角度間を等間隔として表しているが、実際はモータ2の速度によって、その間隔は変化する。例えば、速度が遅くなってくると、間隔は広く、速くなると、間隔が狭くなる。
また、振幅についても一定としているが、その振幅の大きさで強さ(トルク)が変化し、速度が一定速度以下という条件では、加速が必要なので暫時的に振幅が大きくなり、反転した後も加速しているので振幅が大きくなる。モータ2の加速時はドアを動かす必要性からトルクを発生する必要があるので、振幅が大きくなり、また減速時も同様のことが言える。
高速での動作中はトルクはあまり必要ないので、振幅は加減速中に比べて小さいものになる。
上記の実施例では矩形波制御として120゜通電制御としたが、本発明は反転動作をスムーズに行うために矩形波制御を反転動作の時に使用するものであるから、矩形波制御を180゜通電制御としても良い。
上記の実施例ではブラシレスモータを3相4極としたが、これに限ることはない。例えば3相8極のブラシレスモータを用いても良い。

発明の効果

0039

請求項1に係る発明によれば、通常開閉動作時にはモータが正弦波通電制御方式で通電制御されるから通常開閉動作時に発生する振動・騒音を抑制でき、反転動作時にはモータが矩形波通電制御方式で通電制御されるから、ドアを確実に反転動作できる。

図面の簡単な説明

0040

請求項2に係る発明によれば、ドアを反転動作する時に、そのドアの閉じ方向のモータの回転速度が設置速度以下となるとモータの通電制御が矩形波通電制御方式に切換え、ドアの開き方向のモータの回転速度が設定速度以上となるとモータの通電制御が正弦波通電制御方式に再び切換る。
よって、ドアの反転動作がスムーズにできる。
また、設定速度以下でのみ矩形波通電制御方式とするので、騒音・振動が発生しにくい。

図1
自動ドアの概略と反転動作の説明図である。
図2
ドアの通常開動作パターンと反転動作パターンの説明図である。
図3
自動ドアのモータと制御部の実施の形態を示す説明図である。
図4
反転動作のフローチャート図である。
図5
反転時の電流の流れを示す説明図である。
【符号の説明】
1…ドア、2…モータ(ブラシレスモータ)、3…センサー、4…制御部、21…第1ホール素子、22…第2ホール素子、23…第3ホール素子、40…モータ制御部、41…ドア制御部、42…回転子磁極位置検出部、43…速度検出部、44…ドア位置検出部。

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