JPS5956880A - ブラシなし直流モ−タのためのモ−タ制御装置 - Google Patents

ブラシなし直流モ−タのためのモ−タ制御装置

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JPS5956880A
JPS5956880A JP58152614A JP15261483A JPS5956880A JP S5956880 A JPS5956880 A JP S5956880A JP 58152614 A JP58152614 A JP 58152614A JP 15261483 A JP15261483 A JP 15261483A JP S5956880 A JPS5956880 A JP S5956880A
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JP
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motor
inverter
waveform
control device
signal
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JP58152614A
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ウイリアム・ジエイ・ピ−タ−ソン
デニス・テイ−・フオ−クナ−
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Sundstrand Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/15Controlling commutation time
    • H02P6/153Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明はサマリウムコバルトブラシなし直流モータの
ためのモータ制御装置に関り−るものである。
従来技術 軒数で高効率の可変速度直流モータが長く追求されてき
た。ブラシなし直流モータと共にパルス幅変調されたイ
ンバータの使用は改良された性能特性をもたらしてきた
。このような方法の代表的なものは米国特許第、?、 
7 g j、 、? & 9号で゛ノウルΦエルeマル
ヶイル(5aul L * Mal、keil)によっ
て押し進められたものであり、それはブラシなし直流モ
ータを目指しておりかつそれき組み合って電気的に/2
0度離れて配イξされた3つのホール発生器を有してい
る。そのポール発生器は本質的に位置センサであり、モ
ータへの直流電源を切換えるための出力を提供する。
マルケイルの特許はこの発明が記載しているような、モ
ータ制御装置を提供しておらず、この発明のモータ制御
値(1(は、回転子速度に比例した割合で直流電流を切
換え、かつ同時に、生じた切換え電流を速度の関数とし
て進相させるようにする間、回転子速度に比例した割合
で切換えられた直流電流をパルス幅変調するようにして
いる。
発明の開■ この発明によれば、前記モータは永久磁石のサマリウム
コバルト型のものである特許請求の範囲が提供される。
それ故この発明の第1の目的は、ブラシなし直流モータ
に、進相されパルス幅変調された電I&信号を提供し、
それにより進aするこさなく得られることができる速度
よりも早い速度てモータが回転するのを可能とする。
この発明のもう7つの目的は、実際の速度に応答した進
相された信号をもったブラシなし直流モータを提供する
ことであり、それにおいて最適トルクでかつ高められた
高率でのモータ運転をもたらす逆起電力波形にモータ電
流波形を再−整列することによって、進A目はモータの
巻線リアクタンスによる電流波形の遅延を補償4−る。
この発明のさらにもう7つの目的は、基本的電流波形を
逆起電力波形に対し゛CC相和、それにより進相がない
場合に達成され得る速度よりも早い速度でモータを動作
するのを可能とするブラシなし直流モータのためのモー
タ制御装置を提供するこきである。進相は、これにより
従来可能であったよりも小型で軽量のモータを、与えら
れた速度に対して設計するのを可能とする。
上述の目的を達成するにおいて、この発明は、直流電源
がPWMインバータにおよびモータ制御装置に相互接続
される回転子を有したフラジなし直流モータのためのモ
ータ制御装置を意図している。モータ制御装置はPWM
インバータに制御的に接続される。
PWMインバータは、モータへ与えられる基本的混流波
形出力信号を有する。基本的電流波形の位相はモータ制
御装置によって制御される。
モータ制御装置は速度指令入力に応答し、かつモータ回
転子位置検出ユニットへ応答的に接続され、この位置検
出ユニットは、回転子位置波形信号をモータ制御装置を
通してインバータへ与え、これにより検出された回転子
位置波形信号はインバータが、切換えられた基本的電流
波形を出力するようにする。切換えられた基本的電流波
形は成る割合でパルス幅変調され、それ?・こよりモー
タへの出力電圧を制御する。
モータ制御装置はさらに、回転子速度検出ユニットへ応
答的に接続される。前記モータ制御装置における改良は
固定発振回路を設けることにより成り、その固定発振回
路はPWMインバータにかつ回転子速度検出ユニットに
制御的に接続され、それによりモータが所定速度以下で
動作している時、成る同定された割合で、基本的な切換
えられた電流波形をパルス幅変調する。
1つの回路が回転子速度検出ユニットにかつインバータ
に接続され、モータ速度が所定速度を超えた時はいつも
、インパークの基本的電流波形出力が、回転子速度に比
例した割合で切換えられると共に、回転子速度に比例し
た割合でパルス幅変調されるようにする。
基本的電流波形の進相回路がインバータに制御的に接続
される。この進相回路は、回転子速度検出ユニットから
のパルス化波形(i号を受信して、そのパルス化波形信
号を所定速度以上のモータ速度の関数としての所定量で
進相4−るように接続され、それにより基本的電流波形
は進相されてモータに逆起電力波形をもたらすようにす
る。
実施例 この発明の他の目的および長所は、図面と共に為される
以下の説明から容易に明白となるであろう。
第7図を参照するき、事実上バツテリイである直流電源
/3を含んだ装置の全体がブロック回路で示されている
。直流電源/3は電気IJ−ド/lIおよび/6によっ
てインバータ17に、かつリード/q、/弘&、/Aお
よび/Aaによってこの発明のモータ制御架@//に相
互的に接続されている。インバータ/7はリード2/ 
、22および、23上に表われかつブラシなし直流モー
タノコに与えられる三相出力を有する。モータは永久磁
石のサマリウムコバルト型のものであって良い。モータ
/、2はモータ回転子の位置検出装置27および磁気ピ
ックアップ検出装置2gでもって装備されているモータ
の3つの位置センサ、27は第一図に参照数字33,3
りおよび3Sによって示されており、それらは回転子3
2の回りに電気的に720度離れて位置付けられている
。直流電源/3はインバータ/7に対してだけではなく
モータ制御装置//の論理回路へにも供給する。速度和
4 、z= gはモータ制御装置//への入力として示
されている。第1図には示されていないけれども、速度
指令、2乙はモータ制御装置//において、リード3/
を経て与えられる速度フィードバック信号と比較され、
それによってリード2/、2.2および、、73上に表
われるパルス幅変調されたインノマータ/りの出力の適
撃係数を制御する。第1図の位置検出装置、27として
示された第2図の位置センサは、以後第3図に示されか
つ記載さイシるようにインバータ出力段のスイッチパタ
ーンを決定するために使用さJ(、る。モータ制御装置
//はリード2 / a 、 )、 、2 aおよび、
23aによつ−Cリード、2/ 、1および、23上の
インバータ/7の出力に接続されるように示されてもお
り、その接続はモ〜り制御装置//へ電流検出入力を与
える。前1ホしたように直流電源/3はリード/lI#
3よび/6によってインバータ/7を横切って接続され
る。
インバータ/7は通常の設計のものであり、図示されて
いない6個のスイッチからなる三脚を有している。b@
のスイッチはモータ制御装置//に個々に接続され、そ
して回転子位置、モータ速度、速度指令26およびモー
タ制御装置//が受信するモータ電流情報に応答して、
バツテリイ、゛は圧の形体にある直流電源のいずれかの
・端子にモータの三相を切換えるように構成されている
第3図を参照すると、第1図のインバータ/7およびモ
ータ制(財)装置//が点線で示されており、インバー
タ/7の切換えを決定するために回転子位置を1屯用し
た基本的制御装置を提供している。磁気ピックアップ装
置pf 、i g (MPU)によって検出されたリー
ド3/上の実際の速度と、リード、26上に与えられる
よう示された速度指令との間の差に比例して衝撃係数が
変化する。
以後充分に説明される態様において、パルス幅変調(P
WM)の出力は速度の<z、tチ以上でMPU入力と同
期化され、他方その速度の’i(、t%以下ではPWM
は固定されたオシレータ回路7コからの自由」震動(a
 frqe running ) 、2 ’l 00 
Hzクロック信号から外れる。モータ市原は示されてい
るように3つのホール効果電流セン”リ−30によって
検出され、リード<21を経て信号増幅/整流兼高位優
先(high wine )回路soに与えられ、そこ
からリード左/を経て過電流比較器S3に与えられ、そ
こでリード&、2を経て与えられる過電流設定点もしく
は設定レベルと比較される。
このレベルを超えた時はいつも比較器!f、?は、より
低いビステリシスレベル以下に電流が降下するまで、リ
ードSグ、ANDゲートSみを経てPWM信号をしゃ断
する。この事は最大トルクを許容する一方インバークト
ランジスタを1呆謹する。第3図のブロック回路図に示
されたこの発明の主な特徴は、進相回路ざθによって与
えられる進相であって、これはvJ1図でより充分に説
明される。進相は高トルク動作での高速度を得るために
要求される。望まれることは、静止回転子位置の前に七
−夕の固定子(図示せ1″)に電流を1%すことである
。この要求は、固定子インダクタンスによって生ずる遅
延、より高速度における高い逆起電力に打ち勝つ必要性
、および磁界内のシフトであるように見える所のもの等
のいくつかの要因によるものである。第り図により充分
に示されかつ以後詳細に説明される進相回路goは、リ
ード29」二の回転子位置信号およびリード3/上のM
PU信号を、動作速度の関数である量でシフトすること
によって作用する。
第3図は直流電源/3にIJ−ト10を経て接続された
入力フィルタ/りを示す。フィルタ/Sは切換え中に入
力ri5、圧を維持するよう使用され、消す間のスパイ
クを吸収する。内部電源ブロックグ/は図示されていな
い禁止回路入力を有し、その禁止回路入力は7つの信号
がインバータ/7の図示されていないj戊トランジスタ
をしゃ断すると同時に基礎部tilIIポカ」6よひ論
理wカの全てをしゃ断する。第1図のインバータ/7の
インバータ出力段/9はここではフロンク回路図の形で
示されている。インバータの頂部トランジスタの各々は
別々の宙、源によって駆動され、光結合されたベース1
駆動段として示されているブロック2グの形体にある光
断路器を通してり一ド20を経て接続される。ブロック
2グはリード47コを経て三相/:lO度の論理15す
御回路sagに結合される。インバータ/7の底トラン
ジスタ(図示せず)の各々はその制御論理および共通の
電源を有する駆動段の全てに直接接続される。
前述した電流制限および電流検出に関して、これら付加
的な界想が提起される。モータ/2へ向かう三相電流は
3つのホール効果電流センサ30でもって検出される。
各センサ30は金属トロイドのギャップ内におかれた線
形的なホール効果センサから成り、トロイドの中心を通
る電流に比例した信号を生ずる。この信号の条件化はホ
ール効果センサからの信号の増幅、および電流方向に無
関係な保護を可能とする負極性信号の変換を要求する。
条件化回路の出力(まブロック左0内に含まれる高位優
先回路(thehigh wins circuits
 )に与えられ、いずれかのトランジスタ上の最大電流
を取り出づ−。リードSl上に表われるこの信号はIJ
 −1’ !; 2上の所定の電流レベルと比較され、
IJ −)” !r11上に−ヒ述の電流制限信号を発
生する。
事実図面には示されていないけれども、約qマイクロ秒
の時間遅延が電流制限信号とオアを取られ、電流制限状
態から生ずるトランジスタの最小オフ時間を維持する。
電流制限の設定点は1−ランジスクのための最大安全ピ
ーク電流を決定することによってそして次にセンサに対
する応答時間およびは流の立ち士り時間を許容する一a
流設定点を近似上ることによって選択される。
進相回路goは3つの入力を提供される。第1の入力は
回転子の位置入力すなわちリードコ9に示される。以下
の、i+J明において折々第5図とそこに示される種々
の波形が参照さ41.る。説明される回路の動作の理解
のために適尚である場合には波形線図の名称A、B、C
,DおよびEを示すこと(こよって第S図を参照する。
従ってリード2q上の3つの回転子位置入力信号の7つ
は第5図の線りで示されるものである。この信号は条件
化回路6/を通り、リード6.2を経て進相回路goに
与えられる。第1図の回転子速度用MPUλgからのリ
ード3/上のMPU信号は正弦波形を有して示されてい
る。このMPU信号は条件化回路A’lを通り、周波数
−電圧コン/ XI−タロ7へのり一ド4左上にかつ進
相回路gθへのリード2q上に表われる。リードtSお
よび6を上の信号波形か第S図の線Aで表わされている
進相回路goへのリード41.4gaに、かつ加算器l
Ioおよび比較器7/へのり−ドAH,Agb、Agc
上に表われる周波数−電圧コンバータ67の出力は、リ
ード6gに隣接して示されているグラフに示すような関
数関係に追随する。
線、24上1こ表われる速度指命は補償回路3乙および
リード37を経て加算器lθに与えられる。加算器グθ
は、パルス幅変調の衝撃係数を制御する誤差信号をリー
ド3g上に出力する。
:1llQOHzの固定オシレータ回路7.2はリード
73を経てディジタル選択器回路70に結合される。リ
ード73上の波形はオシレータ72とディジタル選択器
回路7θとの間でリード73のすぐ上に示されている。
進相回路goはディジタル選択器回路へのリード63上
の出力を有する。ディジタル選択器回路70はリード7
りおよびり9上に一対の出力を有し、それらはそれぞれ
ディジタル選択器回路70を三角波形発生器7Sおよび
三相/、20度論理回路Sgに接続する。リード7り上
の信号はり一ド73上に表われるものと同一の波形形状
を有し、モータ速度が定格速度のり左チ以上である時の
ような動作モードに依存している間、リード7q上の信
号は第S図の線Eの波形を有している。三角波形発生器
7左は、示された三角波形を、パルス幅変調された比較
器回路77へのり−ド7を上に出力し、その比較器回路
77も加算器47oに接続され、利得兼補償回路39お
よびリードク3を経てリード3g上の誤差信号を受ける
。パルス幅変調された比較器回路77はANDゲートr
t、。
に与えられる出カフgを治する。ANDゲートst。
はリードlりによって与えられる三相7.20度論理回
路sgへの出力を有する。
第7図を参照するき、第3図の進相回路g。
を拡大して詳細に示したブロック回路図が提起されてい
る。進相回路gθと、第9図に示された他の要素との関
係をより容易に理解するために、ディジタル選択器70
と第3図の比較器7/とが+、i’ニゲ図に点線で示さ
れている。第3図のディジタル選択器70は個々にディ
ジタル選択器7θa、qob、qocおよび7θdを含
んでいる。
ディジタル選択570a、’#7bおよび70Cは出カ
フ9a、、79bおよび79Cを有し、それら出力は2
g3図の唯/本のリード線7qにまったく等価である。
21100H2iこ固定されたオシレータ回路72およ
びぞの出カフ3は第3図および第9図の双方において同
じ態様で示されている。
電気リード?7a、/θ乙; 9&a 、 /θ7:9
?a。
10g;9Adは第3図において(Q 1つの上気り−
i−’ J 、?で表ねされている。前述したようJこ
第5図はこの発明の進相装置によって使用されまたは作
り出される波形を承ず。進相は)lS左図の線Bに見ら
れる一定振幅ランプを発生づ−ることによって行われ、
そのランプは回転子速度パルス、ずなわぢ第5図の線A
の条件付けられたMPUパルス波形lこ同期する。第3
図の、IBのランプ波形信号は、第を図に点線で示され
るランプ発生器g左によって発生される。ランプ発生器
gSは、リード92上の回転子速度パルスをそれに出力
するリセット可能なランプ発生器g6を含む。線66上
のランープ速1及パルスはクロック作用をも提供し、リ
ード乙6.乙Aaを介してD型フリツプフロツプデθ1
こ与えられる。リセット可能なランプ発生器g/、はリ
ードに7を介してトラッキング積分器回路ggに駆動的
に結ばされ、そして比較器93へのリード92上の出力
を有し、その比較−5?3はリード94’を経てD型フ
リップフロップqoに接続される。第左図、線Bの一定
撮幅ランプ波形は回転子速度の範囲に渡って一定の振幅
を維持1−るようlこ可変の勾配を有していなければな
らない。このことは各パルスごとにランプをゼロにリセ
ットするリセット可能なランプ発生器g4で行、1っれ
る。もしランプのピーク混圧が次の同期パルスの時に基
準を超えたならば、トラッキング精分4 g gは次の
期間に渡ってこの誤差信号を積分しそして勾配を減する
ようにする。もしランプがそのピーク基準電圧に達しな
いならばその反対もまた真である。進相した信号を得る
ために、実際MPUパルスを遅らせランプを比例タイマ
ーとして使用する。すなわちランプのピーク値において
MPUは/パルスだけ遅らされ、そしてゼロの値におい
て遅れはゼロである。これらの点はそれぞれゼロと3o
度の進みに対応する。進みの量は比較器g tlによっ
て選択されリード92上の回転子速度信号によって制御
される。リード96上の比較器gs’の出方は回転子速
度によって決定された量で進められる信号位相であり、
それは第1図の線a(こ見られる。位置の進みを得るた
めに、線97.9gおよび9q上の3つの位置信号が、
71段のシフトレジスタ10/、/θaおよびio、y
によって、進められたMPU信号の72パルスを遅らさ
れる。このことは330度から360度の遅れ、また他
の言い方をすれば360度からMPU信号の進みを引い
たものをもたらし、それはMPUと同じ計の位置信号の
進みに対応する。ディジタル選択器70h、70bおよ
び7θCは、進相信号と直接基本的人力信号との間を切
換えるために使用される。この切換えは比較器を使用し
て415 %の速度点において行われる。
この発明を示された特定の実施例と関係して示しかつ説
明してきたけれども、特許に’ft求の範囲に述べたよ
うなこの発明の精神から逸脱することなく種々の変更が
成され得ることは当業者には明白であろう。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明を適用しイυるモータ、インパークお
よびモータ制御装置を示すブロック回路図、第2図は回
転子位置センサを示す図、第3図はこの発明を実施した
モータ制御装置、およびそのインバータとの協調関係を
示すブロック回路図、第7図はこの発明を含む進相回路
の配置を示すフ1コック回路図、第左図はこの発明の詳
細な説明するために、進相発生に含まれるより重要な波
形の関係を表わす波形図である。 図において、//はモータ制御装置面、7.2はブラシ
なし直流モータ、/3は直流電源、/7はインバータ、
27はモータ回転子の位置検出装置1.2gは回転子速
度用の磁気ピックアップ装置である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  PWMインバータおよびモータ制御装置に直
    流電源が相互接続され、 前記モータ制御装置は前記PWMインバータに制御的に
    接続され、 前記PWMインバータは前記モータに与えられる基本的
    電流の波形出力信号を有し、前記基本的電流波形の位相
    は前記モータ制御装置によって制御され、 前記モータ制イ卸装置は速度指命入力に応答しかつモー
    タ回転子位置検出装置に応答的に結合され、このモータ
    回転子位置検出装置は前記モータ制御装置を経て前記イ
    ンバータに回転子位置波形信号を与え、それによって前
    記検出された回転子位置波形信号は前記インバータが基
    本的な切換え電流波形を出力するようにし、この基本的
    な切換え1′症流波形とは出力電圧を制御する割合で変
    調されたパルス11だであり、 前記モータ制御装置はさらに回転子速度検出装置に応答
    的に接続された、回転子を有するブラシなし直流モータ
    のためのモータ制御装置層において、 前記PWMインバータおよび前記回転子速度検出装置に
    制御的に接続され、それにより前記モータが所定速度以
    下で動作している時固定割合で前記基本的な切換え電流
    波形をパルス幅変調する固定発振装置と、 前記回転子速度検出装置および前記インバータに接続さ
    れ、前記モータ速度が前記所定速度を超えた時はいつも
    、前記インバータの基本的な電流波形出力が前記回転子
    速度に比例した割合で切換えられかつ回転子速度に比例
    した割合でパルス幅変調されるようにした装置と、 前記インバータに制御的に接続された基本的な電流波形
    進相装置であって、前記回転子速度検出装置からの前記
    パルス化波形信号を受信するように、かつ前記パルス化
    波形信号を前記所定速度以上の回転子速度の関数どして
    所定量進相するように結合され、それにより前記基本的
    な電流波形が進相されモータの逆起電力波形を導くよう
    にしたものと、を備えたブラシなし直流モータのための
    モータ制御装置。
  2. (2)  前記モータは永久磁石のザマリウL =+バ
    ルト型のものである特許請求の範囲第1項iid載のモ
    ータ制御装置。
  3. (3)  モータ制御装置に、そし−C電力伝送関係で
    モータに応答的に結合されるインバータを有したブラシ
    なし直流モータq)ためのモータ制御装置であって、 回転子速度に比例したパルス化波形信号を出力して前記
    インバータに与えられ、それにより前記モータへのイン
    バータ基本的電流波形出力が前記回転子速度に比例した
    割合で切換えられると共に、前記基本的電流波形が回転
    子速度に比例した割合でパルス幅変調されるようにした
    モータ回転子速度検出装置と、前記インバータに制御的
    に接続される基本的電流波形進相装置であって、前記回
    転子速度検出装置からの前記パルス化波形信号を受信す
    るようにそして前記パルス化波形信号を回転子速度の関
    数として所定量進相rるように結合され、それによって
    前記基本的電流波形が進相されてモータの巻線リアクタ
    ンスによる基本的電流波形の遅延を補償し、前記モータ
    の巻線リアクタンスは最適トルクそれゆえ増加した効率
    を提供する間前記モータが定格付けられるよりも高い速
    度で前記モータが動作するのを可能きするものき、 を備えたブラシなし直流モータのためのモータ制御装置
  4. (4)  前記モータは永久磁石のサマリウムコバルト
    型のものである特許請求の範囲第3項記載のモータ制御
    装置。
JP58152614A 1982-08-24 1983-08-23 ブラシなし直流モ−タのためのモ−タ制御装置 Pending JPS5956880A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US411075 1982-08-24
US06/411,075 US4546293A (en) 1982-08-24 1982-08-24 Motor control for a brushless DC motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS5956880A true JPS5956880A (ja) 1984-04-02

Family

ID=23627451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58152614A Pending JPS5956880A (ja) 1982-08-24 1983-08-23 ブラシなし直流モ−タのためのモ−タ制御装置

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US (1) US4546293A (ja)
JP (1) JPS5956880A (ja)
BR (1) BR8303348A (ja)
DE (1) DE3322653A1 (ja)
FR (1) FR2532490A1 (ja)
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