JPH07112338B2 - モータ・ゼネレータ - Google Patents

モータ・ゼネレータ

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JPH07112338B2
JPH07112338B2 JP58161792A JP16179283A JPH07112338B2 JP H07112338 B2 JPH07112338 B2 JP H07112338B2 JP 58161792 A JP58161792 A JP 58161792A JP 16179283 A JP16179283 A JP 16179283A JP H07112338 B2 JPH07112338 B2 JP H07112338B2
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tooth
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motor generator
rotor
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ウエルナ−・フライゼ
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シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00—Synchronous motors or generators
    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/18—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
    • H02K19/20—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフライホイール回転子を備えたモータ・ゼネレ
ータに関する。
〔従来の技術〕
フライホイール回転子を備えたモータ・ゼネレータはド
イツ連邦共和国特許出願公開第2917139号明細書により
公知である。自動車エンジンに結合された公知のモータ
・ゼネレータにおいては、自動車エンジンの制動エネル
ギーがゼネレータとして働くモータ・ゼネレータを介し
て電気エネルギー、例えばバッテリに蓄えることのでき
る電気エネルギーに変換され、新たな起動又は加速の際
にはモータとして働くモータ・ゼネレータを介してこの
電気エネルギーは自動車の起動又は加速に使用される。
クランクシャフトに連結又は分離可能なフライホイール
が、同時にモータ・ゼネレータの無巻線回転子を形成し
ている。詳述されていないが固定子はエンジンないしギ
ャボックスに固定されている。フライホイールは補助の
クラッチにより、クランクシャフトから分離可能であ
り、分離された状態ではクランクシャフトに対して相対
的に回転可能である。
例えば信号待ち等で短時間停止するとき、フライホイー
ルはエンジンから切り離され、その結果、エンジンがス
トップしても、フライホイールは回転継続可能である。
引続き発進するとき、フライホイールはエンジンをスタ
ートさせるため、再びエンジンに連結される。補足的に
フライホイールは自動車が短時間停車したとき、モータ
・ゼネレータによりある所定の回転数に保たれ、その結
果、エンジンに再結合してそのスタートを確実にするこ
とが可能である。エンジンが稼働状態にある走行時に
は、モータ・ゼネレータは発電側に切換えられ、モータ
・ゼネレータは電力を例えばカーバッテリーに供給す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、冒頭に述べたようなモータ・ゼネレー
タ、とりわけ通常用いられている自動車エンジンにおい
て、その本質的な構造を変更することなく、僅かな電気
的損失と高い効率で自動車エンジンと組み合わせ、従っ
て全体として製作費及び運転費を低く保持し得るような
モータ・ゼネレータを得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明においては、 ａ） 固定子が回転子の全周にわたり互いに接線方向の
間隔をへだてて分割配置された独立した複数の扇形固定
子で構成され、 ｂ） 各扇形固定子が、少くとも二つの同じように歯切
りされ、軸方向に間隔をへだて、かつ軸方向に同列に並
んだ歯でもって前後に配置された扇形固定素子で構成さ
れ、歯と間の溝中に収容されかつ電子スイッチング装置
を介して転流せしめられる共通のパワー巻線を有し、 ｃ） 各扇形固定子素子は放射状に突出した極脚を備
え、この極脚には直流電源に接続されモータ運転時及び
ゼネレータ運転時に直流電流を供給される励磁巻線が集
中して巻き付けられ、 ｄ） 扇形固定子の軸方向前後に配置された二つの扇形
固定子素子の極脚が逆極性方向に励磁され、かつその放
射方向外側でヨークにより結合されており、 ｅ） フライホイールとして形成された回転子は軸方向
に２つの歯列を備え、各歯列はその全周にわたり均等に
分散されかつ磁気的に結合され、それぞれ扇形固定子素
子の歯ピッチの２倍に等しい歯ピッチを有し、両歯列は
互いに半歯ピッチずらして配置され、固定子の各歯列が
それぞれ回転子の歯列に所属するようになっている。
モータ・ゼネレータを本発明による構造とすることによ
り、クランクシャフト或はクラッチ板の比較的直径の大
きなモータ構成部材を直接の固定子ないし回転子構成部
材として共用し、その周辺の僅かな部分のみを覆い、し
たがって閉じた環状構造として形成されない扇形固定子
と取付が簡単で励磁損失の少ない励磁巻線とを使用し、
ヨーク高さの小さな、無巻線で同じように歯を有する歯
車型回転子と組合わせて、僅かな巻線組み立ておよび配
線工数で製作可能かつ組立簡単なモータ・ゼネレータが
得られる。このモータ・ゼネレータでは更に扇形固定子
の両側の接線方向空隙が、他のモータ取付部材、例えば
エンジンとギヤとを連結するボルト用に、構造的に有利
に残されている。
各扇形固定子素子の半部の歯は、この扇形固定子素子の
他の半部の歯に対し、半歯ピッチだけ大きい同心の歯間
隔により空間的に電気角90゜ずらされ、全周にわたり同
じように歯切りされた回転子歯列の歯は対向する回転子
歯列の歯間の隙間に存在するように半歯ピッチだけ互い
にずれている。
各扇形固定子のパワー巻線を、それぞれ電気角90゜ず
れ、同じコイル幅を有し、偶数個の、特に４つの同期電
動機巻線として構成すると、巻線の端面接続が交差して
重なり合わないように巻線のコイルヘッドをモータの端
面に配置することができ、したがって軸方向の長さを短
くすることのできる有利な構造が得られる。
MOSトランジスタの動作においてはオン時間とオフ時間
が生じるが、このオン時間とオフ時間の変化は交流分の
重畳された直流分で表すことができる。この直流分は空
間的に停止した磁界を生じ、望ましくないブレーキトル
クの原因となる。この点本発明によれば、一つの歯に逆
相に接続された二本の線を巻き付けることにより、直流
分は有利に相殺され、害を与えない。それと同時にパワ
ー巻線の各線にはモータ運転或はゼネレータ運転にかか
わらず、それぞれ一方向に流れる電流だけを供給し、か
つ各線への給電路にはそれに相応してただ一個の半導体
素子を設けることが可能となる。
必要な回路のコストを更に引き下げるため、本発明によ
れば、モータ運転のときパワー巻線に直流電源、特にバ
ッテリから供給される電流を転流させるのにMOSトラン
ジスタを備えた電子回路が使用され、MOSトランジスタ
の有する逆方向ダイオード機能を、ゼネレータ運転に際
して、発電された交流を整流するための整流ダイオード
として利用する。巻線間の転流のために設けられる電子
回路は、更に適当なタイミングにより電流制御、特に電
流制限にも関与させるのが有利である。本発明の構成に
よれば、フリーホイーリング回路のために、すなわちコ
イル線が遮断された後の磁気エネルギーを消去するため
に可制御半導体素子、特にMOSトランジスタが設けられ
ており、このMOSトランジスタにはそれが有する逆方向
ダイオード機能に対し逆向きのダイオードが直列に接続
され、モータ運転時に電流が逆方向ダイオードによりバ
イパスされるのを阻止している。
〔実施例〕
次に本発明の実施例を図面について詳細に説明する。
第１図は個々の扇形固定子の軸方向側面図を示し、扇形
固定子SSは、第２図に示すように、例えば自動車エンジ
ンのクランクケースMKに取付けられ、かつ回転子として
共用されているエンジンのクラッチ板KSの約70゜の角度
領域にまたがっている。本発明によるモータ・ゼネレー
タの機能の有用性は全周にただ一つの扇形固定子がある
場合にも与えられるが、エンジンクランクケースMKの周
りに接線方向に互いに間隔をおいて対にして配置し、周
りに分置された扇形固定子を電気的に相互接続して、そ
れぞれ一つの線に誘起される電圧がすべて同相となるよ
うにすると有利である。
第１図に示されている扇形固定子は、特に第２図から明
らかなように、軸方向に間隔ａをおいて磁気的に分離さ
れた二つの扇形固定子素子SS1及びSS2で構成されてい
る。各扇形固定子素子SS1又はSS2は計８個の歯SZ1〜SZ8
又はSZ9〜SZ16を有している。第一の扇形固定子素子SS1
の歯は第二の扇形固定子素子SS2の歯と軸線上同列に配
置されている。各扇形固定子素子SS1及びSS2は、歯の分
布に関し、第１図で見られる前列の歯SZ1〜SZ4、及び軸
方向に同列の後側にあって見えない歯SZ9〜SZ12を備え
た左側の歯グループと、第１図で見られる前列の扇形固
定子素子SS1の歯SZ5〜SZ8、及び第二の扇形固定子素子S
S2の軸方向に同列の後側にあって見えない歯SZ13〜SZ16
を備えた右側の歯グループに分けられる。左側の歯グル
ープの歯及び右側の歯グループの歯は同一の歯間隔を持
っている。そして左側の歯グループは右側の歯グループ
に対し、中央部の歯間隔の半分だけ広げられた歯間隔に
より空間的に電気角90゜ずれて配置されている。
固定子パワー巻線として、同一のコイル幅をもち、それ
ぞれ互いに電気角90゜ずれたコイル線S1、S2、S3、S4を
有する四線巻線が設けられている。コイル線S1及びS2は
扇形固定子SSの左側の歯グループの歯に、そしてコイル
線S2及びS4は扇形固定子SSの右側の歯グループの歯にそ
れぞれ巻かれている。本発明によるコイル線S1〜S4の配
置および結線は特に第３図の固定子展開図から明らかで
あり、そこでは各コイル線S1〜S4の始端はＡ、そして終
端はＥで表示されている。
各扇形固定子素子SS1またはSS2は、放射状に突出した極
脚PS1またはPS2を備えている。この極脚にはそれぞれ集
約された励磁コイルEW1またはEW2が巻きつけられてお
り、このコイルは放射方向に差し込み可能な成型コイル
として形成すると有利である。励磁コイルEW1またはEW2
は、第２図からも分るように扇形固定子素子SS1とSS2と
の間にある両コイルに同じ方向の電流が流れるように直
流電源、必要に応じ可調整の直流電源に接続されてい
る。極脚PS1及びPS2の極端部はヨークＪを介して結合さ
れている。
回転子としてクラッチ・フライホイールKSの外周部が共
用されるが、クラッチ・フライホイールの外周には第一
及び第二の扇形固定子素子SS1及びSS2の歯列に対応した
２つの歯列が設けられており、それらの中、第１図では
歯列の歯RZ1〜RZ5及び後列のRZ6〜RZ9が見られる。両歯
列は磁気的に結合されており、例えば第２図の実施例で
は銅製のクラッチ・フライホイールKSの中空でない塊状
の部分によって磁気結合される。クラッチ・フライホイ
ールKSの両歯列は全周にわたり、扇形固定子SSの歯ピッ
チの２倍に等しい歯ピッチを持っているが、しかしその
一方の歯列の歯は他方の歯列の歯に対し、二分の一歯ピ
ッチだけ互いにずれ一方の歯列の歯は他方の歯列の歯間
の隙間に存在しているので、軸方向から見ると両歯列の
歯は互い違いに間隔をおいて全周に連続している。
前述の本発明によるモータ・ゼネレータの構成により本
発明に特有の磁束変化が生じる。即ち励磁回路の磁力線
は、回転子の一方の回転子歯列の歯から、回転子と固定
子との間のギャップを経て対向する一方の扇形固定子素
子SS1又はSS2に入り、それに連なる一方の極脚PS1又はP
S2及びヨークＪを通り、更に軸方向に分離配置された他
方の極脚PS2又はPS1、他方の扇形固定子素子SS2又はSS1
を経て、その固定子素子の歯からギャップ、他方の回転
子歯列の歯を通り、最終的に出発点の回転子歯列に戻る
閉ループを流れる。モータ駆動時には、励磁コイルEW
1、EW2に流れる直流電流により生じる上述のような磁界
と、パワー巻線S1、S2、S3、S4に順次流される電流によ
る磁界とが重畳され、この重畳磁界と回転子との間にト
ルクが発生し、回転子を回転させる。ゼネレータ駆動時
には、励磁コイルEW1、EW2による磁界と回転子の回転と
によりパワー巻線に電流が誘起される。
励磁巻線を極脚の周りに集中して巻くことにより、巻線
長が短くなり、磁束の漏れが僅かとなり、その結果励磁
損失を特に低くすることが可能である。又各回転子歯列
は同一極性であるので、回転子全体を積層鉄板ではなく
中空でない塊状の材料で構成可能であり、このため強度
および回転子ヨーク部の高さを低くすることについて特
に有利である。
更にヨークＪ及び極脚PS1及びPS2を積層式でなく構成で
きることも有利である。成型コイルの形状に予め作られ
たコイルS1〜S4を簡単に取付けることができるようにす
るため、扇形固定子素子の歯を全体的に又は部分的に別
に作り、特に左側及び右側の歯列をまとめて打抜き、コ
イル巻きした上、残りの扇形固定子部分に取付けるのも
有利である。
第４図に扇形固定子SSのパワー巻線のコイル線S1〜S4を
転流（順序接続）させるための回路装置（クロック発信
器TG）を示す。ここで各コイル線S1〜S4にそれぞれ直列
にMOSトランジスタの形の可制御半導体素子T1〜T4が接
続されている。この直列回路はモータ運転時には給電す
る直流電源PNに、そしてゼネレータ運転時には給電され
る直流電源PNに接続される。特に転流回路の電圧降下を
できるだけ小さくするため、各電流回路のただ一つの半
導体素子のみが動作する。この半導体素子は、コイル線
S1〜S4の切換え用だけではなく、これらのコイル線を流
れる電流の制限用としても利用すると有利である。
第５図は、MOSトランジスタのゲートがソースに対し正
の場合の、モータ運転におけるコイル線S1中の電流の流
れを示す。第６図は同じ回路のゼネレータ運転時の逆方
向の電流の流れを示し、その際MOSトランジスタのゲー
トに制御電圧を印加することなく、MOSトランジスタの
有する逆方向ダイオード機能（D1で示す）は有利に導通
される。
モータ運転において、始動回転数がなお低いときは、コ
イル線S1〜S4内に生じる逆電圧がなお低いから、適当な
保護手段がないと電流は許容値以上に上昇するおそれが
ある。この点本発明においては、MOSトランジスタのオ
フ時間を適当に長くして始動時に電流が許容値以上に大
きくなるのを阻止する。この方法により、共通の導線中
に特別な電流制限用トランジスタをおく必要がなく、ま
た特にモータ・ゼネレータの通常の低い定格電圧の際、
顕著な効率低下をもたらす電圧降下も回避可能である。
MOSトランジスタT1〜T4がオフされている間、個々のコ
イル線の電流を接続させることは、MOSトランジスタと
して形成された可制御のフリーホイーリングトランジス
タT5〜T8により達成される。これらのトランジスタは同
一のクロック発信器或は同じ回転子位置検出器によりMO
SトランジスタT1〜T4に同期して僅か時間を遅らせてオ
ンされる。フリーホイーリングトランジスタT5〜T8には
それぞれダイオードD5〜D8が直列に接続されているが、
これらはMOSトランジスタT1〜T4が有する逆方向ダイオ
ード機能を補償するためのものである。
MOSトランジスタT1〜T4の制御及びそれに伴うコイル線S
1〜S4の開放並びにフリーホイーリングトランジスタT5
〜T8の投入は、回転子位置検出装置との組合わせ、或は
特別な回転子位置検出装置を省略して、予め設定された
クロック周波数プログラムによって行われる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例の側面図、第２図は第１図のII
−II線に沿う断面図、第３図は第１図のIII−III線に沿
う巻線展開図、第４図は本発明に用いられる制御回路の
接続図、第５図および第６図は巻線内の電流の流れをそ
れぞれモータ運転時およびゼネレータ運転時について示
す説明図である。 MK……クランクケース、KS……クラッチ・フライホイー
ル（回転子）、Ｊ……ヨーク、PS……極脚、SS……扇形
固定子、SZ1〜16……固定子の歯、RZ1〜９……回転子の
歯、EW……励磁巻線、S1〜４……パワー巻線。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ） 固定子が回転子の全周にわたり互い
    に接線方向の間隔をへだてて分割配置された独立した複
    数の扇形固定子で構成され、 ｂ） 各扇形固定子が、少くとも二つの同じように歯切
    りされ、軸方向に間隔をへだて、かつ軸方向に同列に並
    んだ歯でもって前後に配置された扇形固定素子で構成さ
    れ、歯の間の溝中に収容されかつ電子スイッチング装置
    を介して転流せしめられる共通のパワー巻線を有し、 ｃ） 各扇形固定子素子は放射状に突出した極脚を備
    え、この極脚には直流電源に接続されモータ運転時及び
    ゼネレータ運転時に直流電流を供給される励磁巻線が集
    中して巻き付けられ、 ｄ） 扇形固定子の軸方向前後に配置された二つの扇形
    固定子素子の極脚が逆極性方向に励磁され、かつその放
    射方向外側でヨークにより結合されており、 ｅ） フライホイールとして形成された回転子は軸方向
    に２つの歯列を備え、各歯列はその全周にわたり均等に
    分散されかつ磁気的に結合され、それぞれ扇形固定子素
    子の歯ピッチの２倍に等しい歯ピッチを有し、両歯列は
    互いに半歯ピッチずらして配置され、固定子の各歯列が
    それぞれ回転子の歯列に所属するようになっている ことを特徴とするモータ・ゼネレータ。
  2. 【請求項２】各扇形固定子素子の半部の歯が、他の半部
    の歯に対し、同心の、半歯ピッチだけ大きい歯間隔によ
    り空間的に電気角90゜ずれて配置され、全周にわたり同
    等に歯切りされた両回転子歯列の回転子歯が互いに半歯
    ピッチだけずらされ、対向する回転子歯列の歯間の隙間
    に存在するようになっていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載のモータ・ゼネレータ。
  3. 【請求項３】各扇形固定子に設けたパワー巻線が、偶数
    のそれぞれ電気角90゜互に移相された同じコイル幅のコ
    イル線として形成されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項または第２項記載のモータ・ゼネレータ。
  4. 【請求項４】扇形固定子素子の各歯に設けたパワー巻線
    のコイル線が互いに逆相に接続されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項
    に記載のモータ・ゼネレータ。
  5. 【請求項５】扇形固定子素子に設けたパワー巻線が各歯
    に分割された部分コイルとして形成され、各部分コイル
    に生じる部分電圧が加算されるように順次接続されたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
    ずれか１項に記載のモータ・ゼネレータ。
  6. 【請求項６】回転子が自動車エンジンのクラッチ・フラ
    イホイールの部分として形成されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に
    記載のモータ・ゼネレータ。
  7. 【請求項７】電子スイッチング装置はMOSトランジスタ
    を備え、その逆方向ダイオード機能はゼネレータ運転時
    発生される交流電流を整流するための整流ダイオードと
    して用いられることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    ないし第６項のいずれか１項に記載のモータ・ゼネレー
    タ。
  8. 【請求項８】扇形固定子のパワー巻線の各コイル線はモ
    ータ運転時またはゼネレータ運転時、それぞれ一方向に
    流れる電流のみ給電されるようになっていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１
    項に記載のモータ・ゼネレータ。
  9. 【請求項９】電子スイッチング素子が扇形固定子のパワ
    ー巻線に流れる電流を制限するために制御可能なように
    構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    ないし第８項のいずれか１項に記載のモータ・ゼネレー
    タ。
  10. 【請求項１０】電子スイッチング装置が電子スイッチン
    グ素子としてMOSトランジスタを備え、固定子のパワー
    巻線のコイル線の遮断期間中コイル線を電流フリーホイ
    ーリング回路に接続又は遮断するため、可制御の半導体
    素子としてMOSトランジスタが設けられ、このMOSトラン
    ジスタにはそれが有する逆方向ダイオード機能に対し逆
    向きのダイオードが直列に接続されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項
    に記載のモータ・ゼネレータ。
  11. 【請求項１１】モータ・ゼネレータが内部回転子型とし
    て形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項ないし第10項のいずれか１項に記載のモータ・ゼネレ
    ータ。
  12. 【請求項１２】扇形固定子素子を磁気的に連結するヨー
    クが非積層式に形成されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項ないし第11項のいずれか１項に記載のモ
    ータ・ゼネレータ。
  13. 【請求項１３】扇形固定子素子の端部に突出するように
    設けられた極脚が非積層式に形成されていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項ないし第12項のいずれか１
    項に記載のモータ・ゼネレータ。
  14. 【請求項１４】扇形固定子素子の励磁巻線が、極脚上に
    外部から挿入可能な成型コイルとして形成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第13項のい
    ずれか１項に記載のモータ・ゼネレータ。
  15. 【請求項１５】扇形固定子のパワー巻線が扇形固定子の
    歯の上に挿入可能な成型コイルとして形成されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第14項のい
    ずれか１項に記載のモータ・ゼネレータ。
JP58161792A 1982-09-09 1983-09-02 モータ・ゼネレータ Expired - Lifetime JPH07112338B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3233502.4 1982-09-09
DE19823233502 DE3233502A1 (de) 1982-09-09 1982-09-09 Nach dem reluktanz-prinzip arbeitender motor-generator
DE32335024 1982-09-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5963962A JPS5963962A (ja) 1984-04-11
JPH07112338B2 true JPH07112338B2 (ja) 1995-11-29

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ID=6172832

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58161792A Expired - Lifetime JPH07112338B2 (ja) 1982-09-09 1983-09-02 モータ・ゼネレータ

Country Status (5)

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US (1) US4550280A (ja)
EP (1) EP0103821B1 (ja)
JP (1) JPH07112338B2 (ja)
AT (1) ATE35599T1 (ja)
DE (2) DE3233502A1 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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