JPH07106074B2 - チヨツパ装置の制御方法 - Google Patents
チヨツパ装置の制御方法Info
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- JPH07106074B2 JPH07106074B2 JP59063659A JP6365984A JPH07106074B2 JP H07106074 B2 JPH07106074 B2 JP H07106074B2 JP 59063659 A JP59063659 A JP 59063659A JP 6365984 A JP6365984 A JP 6365984A JP H07106074 B2 JPH07106074 B2 JP H07106074B2
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- JP
- Japan
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- chopper
- electric motor
- voltage
- filter capacitor
- input filter
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
- H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
- H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P7/285—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
- H02P7/29—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、鉄道車両用直流分巻界磁電動機の制御装置と
して用いられるチョッパ装置の制御方法に関する。
して用いられるチョッパ装置の制御方法に関する。
従来から鉄道車両用直流電動機として使用されている直
流分巻界磁電動機（以下、単に電動機と称する）をチョ
ッパ装置を介して制御する場合、カ行時には第１図に示
すような主回路構成により行なわれている。すなわち第
１図において、１は架線Ｌより電力を受電するパンタグ
ラフ、２は車輪、３は入力フィルタリアクトル、４は入
力フィルタコンデンサである。また５は電機子、６およ
び界磁巻線７を備えた電動機、８は上記電機子６と直列
に接続された電機子チョッパ、９は上記電機子６と並列
に接続されたフライホイールダイオードである。さらに
10は上記電動機５の界磁巻線７に与える界磁電流を制御
する界磁チョッパである。
流分巻界磁電動機（以下、単に電動機と称する）をチョ
ッパ装置を介して制御する場合、カ行時には第１図に示
すような主回路構成により行なわれている。すなわち第
１図において、１は架線Ｌより電力を受電するパンタグ
ラフ、２は車輪、３は入力フィルタリアクトル、４は入
力フィルタコンデンサである。また５は電機子、６およ
び界磁巻線７を備えた電動機、８は上記電機子６と直列
に接続された電機子チョッパ、９は上記電機子６と並列
に接続されたフライホイールダイオードである。さらに
10は上記電動機５の界磁巻線７に与える界磁電流を制御
する界磁チョッパである。
第２図は、第１図に示した主回路の電動機５を電機子電
流指令値ICにその実電流Iaが一致するように制御するこ
とで制御する定電流制御方法の一例をブロック的に示し
たものである。第２図において電機子電流指令値ICと実
電流Iaとの偏差ΔＩ（＝（Ic−Ia）にK1になるフィード
バックゲイン12を乗じ、さらに なるフィードバック補償13をかけて、チョッパ通流率 を得る。そしてチョッパ装置14をこの流通率αにて運転
することにより実電流Iaが流れる。この場合、チョッパ
通流率αから実電流IaへのゲインをK2とする（以下、こ
のK2を主回路ゲインと称する。）これにより、第２図に
おける全体の閉ループゲインK3は、第２図より K3＝K1・K2 …（１） にて与えられる。
流指令値ICにその実電流Iaが一致するように制御するこ
とで制御する定電流制御方法の一例をブロック的に示し
たものである。第２図において電機子電流指令値ICと実
電流Iaとの偏差ΔＩ（＝（Ic−Ia）にK1になるフィード
バックゲイン12を乗じ、さらに なるフィードバック補償13をかけて、チョッパ通流率 を得る。そしてチョッパ装置14をこの流通率αにて運転
することにより実電流Iaが流れる。この場合、チョッパ
通流率αから実電流IaへのゲインをK2とする（以下、こ
のK2を主回路ゲインと称する。）これにより、第２図に
おける全体の閉ループゲインK3は、第２図より K3＝K1・K2 …（１） にて与えられる。
ところで、上記主回路ゲインK2は、電動機回転数、電動
機電圧（印加電圧、逆起電圧）等（以下、電動機５の動
作点と称する）に応じて変化する。従ってフィードバッ
クゲインK1を定数とすれば、閉ループゲインK3は電動機
の動作点によって変化する。また実電流Iaの応答性、安
定性およびオフセットは、閉ループゲインK3に応じて変
化する。そのため、実用に供する制御装置を得るには、
安定性を損うことなく、応答性が速く、オフセッ
トが小さいという特性を満たす必要がある。
機電圧（印加電圧、逆起電圧）等（以下、電動機５の動
作点と称する）に応じて変化する。従ってフィードバッ
クゲインK1を定数とすれば、閉ループゲインK3は電動機
の動作点によって変化する。また実電流Iaの応答性、安
定性およびオフセットは、閉ループゲインK3に応じて変
化する。そのため、実用に供する制御装置を得るには、
安定性を損うことなく、応答性が速く、オフセッ
トが小さいという特性を満たす必要がある。
しかしこの場合、閉ループゲインK3は大きければに
は有効である反面、の安定性が低下する。従って一般
に安定性を損わない範囲で、最も大きな閉ループゲイン
K3を選択するようにしている。しかるに電動機５の動作
点よって閉ループゲインK3が変化するため、フィードバ
ックゲインK1は安定限界の閉ループゲインK3 max、電動
機５の動作点により決まる最大の主回路ゲインK2 maxを
用いて としなければならない。従って、主回路ゲインがK2＝K2
max以外の点では、閉ループゲインK3が必要以上に小さ
くなる。さらに、閉ループゲインK3が線形でないため、
フィードバックゲインK1およびフィードバック補償13の
時定数Ｔ等を設計段階で決めにくく、実際に、第１図の
主回路を組んで現物合わせにて調整しなければならな
い。従来の制御方法においては以上のような問題があ
る。
は有効である反面、の安定性が低下する。従って一般
に安定性を損わない範囲で、最も大きな閉ループゲイン
K3を選択するようにしている。しかるに電動機５の動作
点よって閉ループゲインK3が変化するため、フィードバ
ックゲインK1は安定限界の閉ループゲインK3 max、電動
機５の動作点により決まる最大の主回路ゲインK2 maxを
用いて としなければならない。従って、主回路ゲインがK2＝K2
max以外の点では、閉ループゲインK3が必要以上に小さ
くなる。さらに、閉ループゲインK3が線形でないため、
フィードバックゲインK1およびフィードバック補償13の
時定数Ｔ等を設計段階で決めにくく、実際に、第１図の
主回路を組んで現物合わせにて調整しなければならな
い。従来の制御方法においては以上のような問題があ
る。
本発明は、上記のような問題を解消するために成された
もので、その目的は電動機のあらゆる動作点において最
適の閉ループゲインを得、かつ系の安定性および応答性
を定量的にしかも容易に設計することが可能なチョッパ
装置の制御方法を提供することにある。
もので、その目的は電動機のあらゆる動作点において最
適の閉ループゲインを得、かつ系の安定性および応答性
を定量的にしかも容易に設計することが可能なチョッパ
装置の制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、架線よりパンタグラフを
介して給電される車両用電動機と直列にチョッパを接続
し、かつこの直列回路と並列に入力フィルタコンデンサ
を接続して電動機主回路を構成し、電動機電流と電動機
電流指令値との偏差にフィードバックゲインを乗じると
共にフィードバック補償をかけることによってチョッパ
の通流率を得、当該チョッパ通流率でチョッパを制御す
ることにより電動機電流を定電流制御するチョッパ装置
の制御方法において、 まず、第１の発明では、電動機電圧と入力フィルタコン
デンサ電圧との電圧差の大きさに逆比例させて、フィー
ドバックゲインの大きさを閉ループゲインが一定となる
ように変化させるようにする。
介して給電される車両用電動機と直列にチョッパを接続
し、かつこの直列回路と並列に入力フィルタコンデンサ
を接続して電動機主回路を構成し、電動機電流と電動機
電流指令値との偏差にフィードバックゲインを乗じると
共にフィードバック補償をかけることによってチョッパ
の通流率を得、当該チョッパ通流率でチョッパを制御す
ることにより電動機電流を定電流制御するチョッパ装置
の制御方法において、 まず、第１の発明では、電動機電圧と入力フィルタコン
デンサ電圧との電圧差の大きさに逆比例させて、フィー
ドバックゲインの大きさを閉ループゲインが一定となる
ように変化させるようにする。
また、第２の発明では、電動機電圧と入力フィルタコン
デンサ電圧との電圧比に相当するチョッパ通流率をαと
した場合、（１−α）に入力フィルタコンデンサ電圧を
乗じた値に逆比例させて、フィードバックゲインの大き
さを閉ループゲインが一定となるように変化させるよう
にする。
デンサ電圧との電圧比に相当するチョッパ通流率をαと
した場合、（１−α）に入力フィルタコンデンサ電圧を
乗じた値に逆比例させて、フィードバックゲインの大き
さを閉ループゲインが一定となるように変化させるよう
にする。
以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。
第３図は、本発明によるチョッパ装置の制御方法の一例
をブロック的に示したものである。つまり第３図では、
従来の第２図における系のK1なるフィードバックゲイン
12を定数ではなく、可変の として、フィルタコンデンサ電圧Ecおよび電動機電圧EM
に応じて変化させ、電動機５の動作点にかかわらず閉ル
ープゲインK3を線形としたものである。
第３図は、本発明によるチョッパ装置の制御方法の一例
をブロック的に示したものである。つまり第３図では、
従来の第２図における系のK1なるフィードバックゲイン
12を定数ではなく、可変の として、フィルタコンデンサ電圧Ecおよび電動機電圧EM
に応じて変化させ、電動機５の動作点にかかわらず閉ル
ープゲインK3を線形としたものである。
以下、かかる制御方法について具体的に述べる。
いま前述した第１図の回路において電動機５のインダク
タンスをＬ、チョッパ周期をＴ、電動機逆起電力をEM、
フィルタコンデンサ電圧をECとする。第１図の回路で、
電動機５の内部抵抗によって生じる電圧降下分は、フィ
ルタコンデンサ電圧に対して非常に小さいため、電動機
５の内部抵抗を無視すれば、チョッパ通流率αから実電
流IaへのゲインK2は上記４つのパラメータの式となるこ
とを示し、フィードバックゲインK1を当該式に基づいて
定めれば、閉ループゲインK3は定数つまり線形となるこ
とを示す。ここで、チョッパ通流率αから実電流Iaへの
ゲインK2はIa/αであるが、実電流Iaが微小動作範囲で
線形であるとみなすと、ゲインK2は実電流Iaの微小変化
dIa/dαに等しくなる。
タンスをＬ、チョッパ周期をＴ、電動機逆起電力をEM、
フィルタコンデンサ電圧をECとする。第１図の回路で、
電動機５の内部抵抗によって生じる電圧降下分は、フィ
ルタコンデンサ電圧に対して非常に小さいため、電動機
５の内部抵抗を無視すれば、チョッパ通流率αから実電
流IaへのゲインK2は上記４つのパラメータの式となるこ
とを示し、フィードバックゲインK1を当該式に基づいて
定めれば、閉ループゲインK3は定数つまり線形となるこ
とを示す。ここで、チョッパ通流率αから実電流Iaへの
ゲインK2はIa/αであるが、実電流Iaが微小動作範囲で
線形であるとみなすと、ゲインK2は実電流Iaの微小変化
dIa/dαに等しくなる。
第４図は、第１図の回路を運転した場合、チョッパ周期
Ｔ間にフィルタコンデンサ電圧ECおよび電動機逆起電力
EMの変化は無視できる程小さいため、これを無視した実
電流Iaの変化を示したものである。図において、０≦ｔ
≦αＴはチョッパ装置がオンしている期間、αＴ≦ｔ≦
Ｔはチョッパ装置がオフしている期間である。
Ｔ間にフィルタコンデンサ電圧ECおよび電動機逆起電力
EMの変化は無視できる程小さいため、これを無視した実
電流Iaの変化を示したものである。図において、０≦ｔ
≦αＴはチョッパ装置がオンしている期間、αＴ≦ｔ≦
Ｔはチョッパ装置がオフしている期間である。
当該期間における瞬時電流ｉは初期値をIaoとして 平均電流iMは また、次の周期にチョッパ通流率がα＋Δα（Δα：極
めて小）になったとすれば、次の周期の iMは、Δα２を無視して 従って、平均電流の差ΔIaは（４）（５）式より となる。鉄道車両用電動機は、全界磁領域においては電
機子電流Iaを一定に制御することが一般的であり、電動
機５の内部抵抗をＲとすれば、 αEc−EM＝RIa より、電圧降下分RIaを無視すると、αEc＝EMが成り立
つ。この（６）式にαEC＝EMを代入すれば、（６）式よ
り 従って、フィードバックゲインK1をｋを定数として K1＝k/K2 …（８） に選定すれば、 K3＝K1・K2 ＝K1・ΔIa/Δα＝K1・K2′ K1k/K2′ とすれば、閉ループゲインK3は、 K3＝ｋ …（９） となり、目的とする閉ループゲインK3を得ることができ
る。
めて小）になったとすれば、次の周期の iMは、Δα２を無視して 従って、平均電流の差ΔIaは（４）（５）式より となる。鉄道車両用電動機は、全界磁領域においては電
機子電流Iaを一定に制御することが一般的であり、電動
機５の内部抵抗をＲとすれば、 αEc−EM＝RIa より、電圧降下分RIaを無視すると、αEc＝EMが成り立
つ。この（６）式にαEC＝EMを代入すれば、（６）式よ
り 従って、フィードバックゲインK1をｋを定数として K1＝k/K2 …（８） に選定すれば、 K3＝K1・K2 ＝K1・ΔIa/Δα＝K1・K2′ K1k/K2′ とすれば、閉ループゲインK3は、 K3＝ｋ …（９） となり、目的とする閉ループゲインK3を得ることができ
る。
上述した制御方法によれば、電動機５を定電流制御する
際の閉ループゲインK3を線形にすることができることか
ら、 （ａ） 電動機５のあらゆる動作点において最適（安定
限界）の閉ループゲインK3を得ることができる。
際の閉ループゲインK3を線形にすることができることか
ら、 （ａ） 電動機５のあらゆる動作点において最適（安定
限界）の閉ループゲインK3を得ることができる。
（ｂ） ボード線図等の従来のフィードバック制御系で
用いられている特性解析の手法を用いて平易に系の設
計、特性解析を行なうことができる等の効果が得られる
ものである。
用いられている特性解析の手法を用いて平易に系の設
計、特性解析を行なうことができる等の効果が得られる
ものである。
尚、上記において であることから、（７）式よりモータ電圧EM、フィルタ
コンデンサ電圧ECのかわりにチョッパ通流率αを用いて と選定し、電動機電圧EMと入力フィルタコンデンサ電圧
ECとの電圧比（EM/EC）に相当するチョッパ通流率をα
とした場合、（１−α）に入力フィルタコンデンサ電圧
ECを乗じた値に逆比例させて、フィードバックゲインK1
の大きさを閉ループゲインK3が一定となるように変化さ
せる。ことでも同様の効果を得ることができるものであ
る。
コンデンサ電圧ECのかわりにチョッパ通流率αを用いて と選定し、電動機電圧EMと入力フィルタコンデンサ電圧
ECとの電圧比（EM/EC）に相当するチョッパ通流率をα
とした場合、（１−α）に入力フィルタコンデンサ電圧
ECを乗じた値に逆比例させて、フィードバックゲインK1
の大きさを閉ループゲインK3が一定となるように変化さ
せる。ことでも同様の効果を得ることができるものであ
る。
以上説明したように本発明によれば、架線よりパンタグ
ラフを介して給電される車両用電動機と直列にチョッパ
を接続し、かつこの直列回路と並列に入力フィルタコン
デンサを接続して電動機主回路を構成し、電動機電流と
電動機電流指令値との偏差にフィードバックゲインを乗
じると共にフィードバック補償をかけることによってチ
ョッパの通流率を得、当該チョッパ流通率でチョッパを
制御することにより電動機電流を定電流制御するチョッ
パ装置の制御方法において、電動機電圧と入力フィルタ
コンデンサ電圧との電圧差の大きさに逆比例させて、ま
たは電動機電圧と入力フィルタコンデンサ電圧との電圧
比に相当するチョッパ通流率をαとした場合（１−α）
に入力フィルタコンデンサ電圧を乗じた値に逆比例させ
て、フィードバックゲインの大きさを閉ループゲインが
一定となるように変化させるようにしたので、電動機の
あらゆる動作点において最適のループゲインを得、かつ
系の安定性および応答性を定量的にしかも容易に設計す
ることが可能なチョッパ装置の制御方法が提供できる。
ラフを介して給電される車両用電動機と直列にチョッパ
を接続し、かつこの直列回路と並列に入力フィルタコン
デンサを接続して電動機主回路を構成し、電動機電流と
電動機電流指令値との偏差にフィードバックゲインを乗
じると共にフィードバック補償をかけることによってチ
ョッパの通流率を得、当該チョッパ流通率でチョッパを
制御することにより電動機電流を定電流制御するチョッ
パ装置の制御方法において、電動機電圧と入力フィルタ
コンデンサ電圧との電圧差の大きさに逆比例させて、ま
たは電動機電圧と入力フィルタコンデンサ電圧との電圧
比に相当するチョッパ通流率をαとした場合（１−α）
に入力フィルタコンデンサ電圧を乗じた値に逆比例させ
て、フィードバックゲインの大きさを閉ループゲインが
一定となるように変化させるようにしたので、電動機の
あらゆる動作点において最適のループゲインを得、かつ
系の安定性および応答性を定量的にしかも容易に設計す
ることが可能なチョッパ装置の制御方法が提供できる。
第１図は鉄道車両用電動機の主回路の一例を示す構成
図、第２図は従来の定電流制御方法を示すブロック図、
第３図は本発明の一実施例を示すブロック図、第４図は
本発明による定電流制御方法の一例を説明するための図
である。 １……パンタグラフ、２……車輪、３……入力リアクト
ル、４……入力フィルタコンデンサ、５……電動機、６
……電機子、７……界磁巻線、８……電機子チョッパ、
９……フライホイールダイオード、10……界磁チョッ
パ、12……フィードバックゲイン、13……フィードバッ
ク補償、14……主回路ゲイン。
図、第２図は従来の定電流制御方法を示すブロック図、
第３図は本発明の一実施例を示すブロック図、第４図は
本発明による定電流制御方法の一例を説明するための図
である。 １……パンタグラフ、２……車輪、３……入力リアクト
ル、４……入力フィルタコンデンサ、５……電動機、６
……電機子、７……界磁巻線、８……電機子チョッパ、
９……フライホイールダイオード、10……界磁チョッ
パ、12……フィードバックゲイン、13……フィードバッ
ク補償、14……主回路ゲイン。
Claims (2)
- 【請求項１】架線よりパンタグラフを介して給電される
車両用電動機と直列にチョッパを接続し、かつこの直列
回路と並列に入力フィルタコンデンサを接続して電動機
主回路を構成し、 前記電動機電流と電動機電流指令値との偏差にフィード
バックゲインを乗じると共にフィードバック補償をかけ
ることによって前記チョッパの通流率を得、当該チョッ
パ通流率で前記チョッパを制御することにより前記電動
機電流を定電流制御するチョッパ装置の制御方法におい
て、 前記電動機電圧と前記入力フィルタコンデンサ電圧との
電圧差の大きさに逆比例させて、前記フィードバックゲ
インの大きさを閉ループゲインが一定となるように変化
させるようにしたことを特徴とするチョッパ装置の制御
方法。 - 【請求項２】架線よりパンタグラフを介して給電される
車両用電動機と直列にチョッパを接続し、かつこの直列
回路と並列に入力フィルタコンデンサを接続して電動機
主回路を構成し、 前記電動機電流と電動機電流指令値との偏差にフィード
バックゲインを乗じると共にフィードバック補償をかけ
ることによって前記チョッパの通流率を得、当該チョッ
パ通流率で前記チョッパを制御することにより前記電動
機電流を定電流制御するチョッパ装置の制御方法におい
て、 前記電動機電圧と前記入力フィルタコンデンサ電圧との
電圧比に相当するチョッパ通流率をαとした場合、（１
−α）に前記入力フィルタコンデンサ電圧を乗じた値に
逆比例させて、前記フィードバックゲインの大きさを閉
ループゲインが一定となるように変化させるようにした
ことを特徴とするチョッパ装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063659A JPH07106074B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | チヨツパ装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59063659A JPH07106074B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | チヨツパ装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60207491A JPS60207491A (ja) | 1985-10-19 |
| JPH07106074B2 true JPH07106074B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=13235693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59063659A Expired - Lifetime JPH07106074B2 (ja) | 1984-03-31 | 1984-03-31 | チヨツパ装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07106074B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155418A (en) * | 1980-05-02 | 1981-12-01 | Hitachi Ltd | Estimation method for parameter of electric power converter |
-
1984
- 1984-03-31 JP JP59063659A patent/JPH07106074B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60207491A (ja) | 1985-10-19 |
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