JPH03256505A - 電気車制御装置 - Google Patents
電気車制御装置Info
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- JPH03256505A JPH03256505A JP2053197A JP5319790A JPH03256505A JP H03256505 A JPH03256505 A JP H03256505A JP 2053197 A JP2053197 A JP 2053197A JP 5319790 A JP5319790 A JP 5319790A JP H03256505 A JPH03256505 A JP H03256505A
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
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-
- 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
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
この発明は、例えばディーゼルエンジンのような内燃機
関によって主発電機と励磁機とを駆動し、主発電機の発
生電力を直流主電動機に供給して車両を駆動する方式の
電気車制御装置に関する。
関によって主発電機と励磁機とを駆動し、主発電機の発
生電力を直流主電動機に供給して車両を駆動する方式の
電気車制御装置に関する。
(従来の技術)
例えば、ディーゼル電気車と呼ばれるエンジン電気車で
は、直流直巻電動機を駆動用主電動機としている。この
主電動機に給電するための主発電機には、車両の起動に
際しては大きな牽引力を出し得るように低電圧、大電流
を発生し、車両の速度が上昇するに伴なって電圧を上げ
、且つ電流を減らす制御が行なえることが要求される。
は、直流直巻電動機を駆動用主電動機としている。この
主電動機に給電するための主発電機には、車両の起動に
際しては大きな牽引力を出し得るように低電圧、大電流
を発生し、車両の速度が上昇するに伴なって電圧を上げ
、且つ電流を減らす制御が行なえることが要求される。
しかも、車両の走行中には、その全速度領域でエンジン
出力を最大限に利用することが望ましいため、主発電機
の入力が常にエンジンの最大出力とほば等しくなるよう
な特性が求められ、このような要望に応えるために従来
がら種々の励磁方式が提案されている。
出力を最大限に利用することが望ましいため、主発電機
の入力が常にエンジンの最大出力とほば等しくなるよう
な特性が求められ、このような要望に応えるために従来
がら種々の励磁方式が提案されている。
第5図は、このような電気車制御装置の従来例を示して
おり、ディーゼルエンジン(図示せず)によって駆動さ
れる回転界磁型主発電wt1は、同一軸上に設置された
励磁機2の出力により励磁されるようになっている。
おり、ディーゼルエンジン(図示せず)によって駆動さ
れる回転界磁型主発電wt1は、同一軸上に設置された
励磁機2の出力により励磁されるようになっている。
そして励磁機2は、バッテリ3を電源とする回転電機子
型の交流発電機であり、その交流出力を、同一回転軸上
に設置した回転整流器4により直流に変換して主発電機
1の回転界磁5を励磁するようになっている。
型の交流発電機であり、その交流出力を、同一回転軸上
に設置した回転整流器4により直流に変換して主発電機
1の回転界磁5を励磁するようになっている。
また、バッテリ3により励磁される励磁機2の界磁巻線
6とバッテリ3との間には、エンジンのガバナー(図示
せず)により制御される可変抵抗値のロードレギュレー
タ7が挿入されている。このロードレギュレータ7の抵
抗値の調整によって、主発電機1の交流出力を、主整流
器8により直流に変換した後の主発電機出力電力Wg
(Ig■ )がほぼ一定となるように調整している。
6とバッテリ3との間には、エンジンのガバナー(図示
せず)により制御される可変抵抗値のロードレギュレー
タ7が挿入されている。このロードレギュレータ7の抵
抗値の調整によって、主発電機1の交流出力を、主整流
器8により直流に変換した後の主発電機出力電力Wg
(Ig■ )がほぼ一定となるように調整している。
このときの主整流器8の出力電圧V 及び負荷電流I
の関係は第6図に示すようなものとなり、使用領域のほ
ぼ全体に渡ってV ・1 崎一定と2g なっている。
の関係は第6図に示すようなものとなり、使用領域のほ
ぼ全体に渡ってV ・1 崎一定と2g なっている。
しかしながら、この主発電機1の出力特性に直巻主電動
機9を接続しただけでは、狭い範囲の速度領域でしかエ
ンジンの出力が牽引力として発生しない。そのため、一
般的には第5図に示すように主電動機9の直巻界磁巻線
10に並列に弱め抵抗11を接触器12を介して接続し
、ある速度Vまで全界磁(F F)で運転し、速度■に
到達したときに主電動機9の直巻界磁巻線10に流れる
電流を弱め抵抗11に分流させ、弱め界磁(WF)とな
るように制御している。
機9を接続しただけでは、狭い範囲の速度領域でしかエ
ンジンの出力が牽引力として発生しない。そのため、一
般的には第5図に示すように主電動機9の直巻界磁巻線
10に並列に弱め抵抗11を接触器12を介して接続し
、ある速度Vまで全界磁(F F)で運転し、速度■に
到達したときに主電動機9の直巻界磁巻線10に流れる
電流を弱め抵抗11に分流させ、弱め界磁(WF)とな
るように制御している。
このような制御により、第7図及び第8図に示すように
、直巻界磁巻線10に流れる電流は、弱め抵抗11に流
れる分流分がプラスされるため、主電動機9に流れる全
電流の制御幅を大きくすることができ、より広い範囲で
エンジン出力を有効に牽引力に転換することができるよ
うになっている。
、直巻界磁巻線10に流れる電流は、弱め抵抗11に流
れる分流分がプラスされるため、主電動機9に流れる全
電流の制御幅を大きくすることができ、より広い範囲で
エンジン出力を有効に牽引力に転換することができるよ
うになっている。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、このような従来の電気車制御装置にあっ
ても、次のような問題点があった。
ても、次のような問題点があった。
すなわち、第7図に示すように、速度■において弱め抵
抗11を投入した時に主電動機9の電流増加するが、こ
の時の速度Vにおける安定した電流だけを見るならば、
主電動機9の牽引力は弱め界磁となる前後で同一となっ
ている。ところが、ごく短時間の過渡現象として見ると
きには、この主電動機9のトルクは変動したものとなっ
ている。
抗11を投入した時に主電動機9の電流増加するが、こ
の時の速度Vにおける安定した電流だけを見るならば、
主電動機9の牽引力は弱め界磁となる前後で同一となっ
ている。ところが、ごく短時間の過渡現象として見ると
きには、この主電動機9のトルクは変動したものとなっ
ている。
つまり、第9図に過渡的な現象について示しであるが、
同図(a)に示すように時刻t1で弱め抵抗11が投入
されたとすると、同図(b)に示すように主電動機雷流
1 は比較的短時間T1(−数10m5程度)で上昇し
て安定する。しかし、同図(c)に示すように、主発電
機1の出力電圧V は主電動機電流1 の変化を受けて
負荷a が増加したことによるエンジン回転数の微小変化をガバ
ナーが感知してロードレギュレータ7を調整し、励磁a
!2の界磁巻線6に流れる電流を変化させるようにして
いる。したがって励磁機2の出力電圧を変化させ、主電
動機1の回転界磁5に流れる電流を調整するという機械
的、電気的な遅れ要素が幾重にも重なっているため、安
定するまでにかなりの時間T2 (数100m5〜IS
程度)を要している。
同図(a)に示すように時刻t1で弱め抵抗11が投入
されたとすると、同図(b)に示すように主電動機雷流
1 は比較的短時間T1(−数10m5程度)で上昇し
て安定する。しかし、同図(c)に示すように、主発電
機1の出力電圧V は主電動機電流1 の変化を受けて
負荷a が増加したことによるエンジン回転数の微小変化をガバ
ナーが感知してロードレギュレータ7を調整し、励磁a
!2の界磁巻線6に流れる電流を変化させるようにして
いる。したがって励磁機2の出力電圧を変化させ、主電
動機1の回転界磁5に流れる電流を調整するという機械
的、電気的な遅れ要素が幾重にも重なっているため、安
定するまでにかなりの時間T2 (数100m5〜IS
程度)を要している。
この結果として、電圧が低い値で安定するまでの間は、
同図(d)に示すように主電動機トルクが短時間T3の
間増加する結果となり、この主電動機トルクの瞬間的な
増加がトルクショックとして表われ、特に客車牽引時に
は乗心地を悪(したり、車輪がスリップしてフラット(
部分的な車輪の摩耗)を発生するという問題点があった
。
同図(d)に示すように主電動機トルクが短時間T3の
間増加する結果となり、この主電動機トルクの瞬間的な
増加がトルクショックとして表われ、特に客車牽引時に
は乗心地を悪(したり、車輪がスリップしてフラット(
部分的な車輪の摩耗)を発生するという問題点があった
。
また、主電動機トルクの瞬間的な増加は、主発電機1の
過負荷につながり、場合によっては、エンジンの過負荷
耐量をオーバーし、エンストの原因となる等の問題点も
あった。
過負荷につながり、場合によっては、エンジンの過負荷
耐量をオーバーし、エンストの原因となる等の問題点も
あった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、弱め界磁制御を行うときの、主電動機トルクの瞬間
的な増加を防止し、安定した牽引力を得ることができる
電気車制御装置を提供しようとするものである。
り、弱め界磁制御を行うときの、主電動機トルクの瞬間
的な増加を防止し、安定した牽引力を得ることができる
電気車制御装置を提供しようとするものである。
(課題を解決するための手段)
本発明は上記課題を解決するための手段として、内燃機
関の駆動によって主発電機から交流出力を得、この交流
出力を整流して直巻主電動機を駆動するようにし、しか
も、この直巻主電動機の高速域では、その直巻界磁巻線
に並列接続された分路回路へ界磁電流の一部を分流させ
て弱め界磁制御を行うようにした電気車制御装置におい
て、前記主発電機からの交流出力の電圧を所定の割合に
降圧する降圧手段と、前記分路回路の一部を形成する分
路手段と、前記分路手段に直列接続されてこの分路手段
と共に前記分路回路を形成し、前記降圧手段からの降圧
された交流出力を整流する整流手段と、を備えた構成と
したものである。
関の駆動によって主発電機から交流出力を得、この交流
出力を整流して直巻主電動機を駆動するようにし、しか
も、この直巻主電動機の高速域では、その直巻界磁巻線
に並列接続された分路回路へ界磁電流の一部を分流させ
て弱め界磁制御を行うようにした電気車制御装置におい
て、前記主発電機からの交流出力の電圧を所定の割合に
降圧する降圧手段と、前記分路回路の一部を形成する分
路手段と、前記分路手段に直列接続されてこの分路手段
と共に前記分路回路を形成し、前記降圧手段からの降圧
された交流出力を整流する整流手段と、を備えた構成と
したものである。
(作 用)
上記構成において、主発電機の交流出力は車両の走行状
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧状
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧手
段で降圧されて整流手段に送られる。したがって、整流
手段から出力される直流は主発電機の交流出力の変化に
伴なって変化することになる。
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧状
態に応じて変化する。そして、この交流出力は、降圧手
段で降圧されて整流手段に送られる。したがって、整流
手段から出力される直流は主発電機の交流出力の変化に
伴なって変化することになる。
そのため、この整流手段と直列に接続されている分路手
段を流れる電流も、主発電機の交流出力の変化に応じて
変化する。分路手段を流れる電流が変化するということ
は、取りも直さず、直巻界磁巻線を流れる界磁電流が変
化することを意味している。
段を流れる電流も、主発電機の交流出力の変化に応じて
変化する。分路手段を流れる電流が変化するということ
は、取りも直さず、直巻界磁巻線を流れる界磁電流が変
化することを意味している。
換言すれば、直巻界磁巻線を流れる界磁電流は、常に主
発電機の交流出力の変化に対応して、連続的且つ滑らか
に変化することになる。
発電機の交流出力の変化に対応して、連続的且つ滑らか
に変化することになる。
(実施例)
以下、本発明の実施例を第1図乃至第4図に基いて説明
する。但し、第5図乃至第9図と同様の構成要素には同
一符号を付し、重複した説明を省略することとする。
する。但し、第5図乃至第9図と同様の構成要素には同
一符号を付し、重複した説明を省略することとする。
第1図は、本実施例の構成を示す回路図であり、直巻界
磁巻線10と並列に分路回路14が接続されている。こ
の分路回路14はリアクトル15と、これに直列接続さ
れた、ダイオードから成る三相余波整流ブリッジ16と
から形成されている。そして、主発電機15からの交流
出力の電圧は、三相降圧トランス17により降圧され、
この降圧された電圧が三相全波整流ブリッジ16に印加
されるようになっている。
磁巻線10と並列に分路回路14が接続されている。こ
の分路回路14はリアクトル15と、これに直列接続さ
れた、ダイオードから成る三相余波整流ブリッジ16と
から形成されている。そして、主発電機15からの交流
出力の電圧は、三相降圧トランス17により降圧され、
この降圧された電圧が三相全波整流ブリッジ16に印加
されるようになっている。
次に、第1図の動作について説明する。第2図は、第1
図の要部について簡略化した等価回路図である。
図の要部について簡略化した等価回路図である。
いま、主電動機電流(電機子電流)を11直巻界磁巻線
10の抵抗、電流をRr 、 I r 、リアクトル
15の抵抗、電流をRsh” sh’整流ブリッジ16
の出力電圧をe とすると、これらの間には下式の関係
が成立する。
10の抵抗、電流をRr 、 I r 、リアクトル
15の抵抗、電流をRsh” sh’整流ブリッジ16
の出力電圧をe とすると、これらの間には下式の関係
が成立する。
1、−1 f+ l5h−・−・(L)R−1−R−I
−e −−−−−−C2)f f
sh sh g(1)式及び(2)式よりI、
を求めると、となる。
−e −−−−−−C2)f f
sh sh g(1)式及び(2)式よりI、
を求めると、となる。
ここで、電圧e は、主電動機1の出力電圧■ と比例
関係にあり、定数をkとすれば、e −に−V
・・・・・・(4)8g と表わすことができる。
関係にあり、定数をkとすれば、e −に−V
・・・・・・(4)8g と表わすことができる。
上記(3)式によれば、e がゼロのときにIrはI
に対して最大の値となり、以後e が太き8g くなるにしたがって、IrはIaに対して小さな値とな
っていくことがわかる。
に対して最大の値となり、以後e が太き8g くなるにしたがって、IrはIaに対して小さな値とな
っていくことがわかる。
そこで、(3)式及び(4)式に具体的な数値を代入し
て、起動時、定格時、及び最高電圧時の三つの場合にお
けるIrの値を検討してみる。
て、起動時、定格時、及び最高電圧時の三つの場合にお
けるIrの値を検討してみる。
まず、主電動機9の定格容量、定格電圧、定格電流をそ
れぞれ230 [KW)、500 (v)。
れぞれ230 [KW)、500 (v)。
500 (A) とし、R,−0,01(Ω”Rsh
−0,04[Ω]とする。そして、V −500〔v
〕のときに、e −8(v)であったとすると、定数
には に−81500−0,016 となる。
−0,04[Ω]とする。そして、V −500〔v
〕のときに、e −8(v)であったとすると、定数
には に−81500−0,016 となる。
車両起動時には■ −0であるが、このときの電機子電
流I を、1 −800 [A]とする。
流I を、1 −800 [A]とする。
a
すると、(4)式より、eg−0であるから、(3)式
より 一〇、8X800−640 [A] となる。
より 一〇、8X800−640 [A] となる。
同様に、(3)式及び(4)式を用いて計算すれば、定
格時のe g 、I rは e =0.016X500−8 (v)0.04 11.36 −0.8X (350−284)−52,8[A]とな
る。
格時のe g 、I rは e =0.016X500−8 (v)0.04 11.36 −0.8X (350−284)−52,8[A]とな
る。
そして、主電動機9の定格時において全界磁となるよう
に、直巻界磁巻線10の設計を行い、定格時の電機子電
流及び界磁電流をそれぞれ!、。。
に、直巻界磁巻線10の設計を行い、定格時の電機子電
流及び界磁電流をそれぞれ!、。。
■、。とじ、界磁率をF5とする。すると、これらの間
には なる関係が成立する。よって、(5)式からFs〔%〕
を求めると、 −0,8X (500−200)−240[A]となる
。
には なる関係が成立する。よって、(5)式からFs〔%〕
を求めると、 −0,8X (500−200)−240[A]となる
。
また、主電動機9の最高電圧を710[v、]、そのと
きの電流を350(A)とすると、e −0,016
X710=1.1.36 (v)となる。
きの電流を350(A)とすると、e −0,016
X710=1.1.36 (v)となる。
この(6)式に基いて、上記した三つの場合における界
磁率F を計算してみると、次のようになる。
磁率F を計算してみると、次のようになる。
これらの結果から明らかなように、起動時等の低速時に
は100%以上の界磁率(強め界磁)となって、主電動
機9は大トルクを発生する。一方、最高電圧時等の高速
時には100%以下の界磁率(弱め界磁)となって、主
電動機9は高速回転することになる。
は100%以上の界磁率(強め界磁)となって、主電動
機9は大トルクを発生する。一方、最高電圧時等の高速
時には100%以下の界磁率(弱め界磁)となって、主
電動機9は高速回転することになる。
第3図は上記の変化を示すもので、同図(a)に示すよ
うに、主発電機1の出力電圧■8は、負荷電流■ との
関係がv2・1g初(一定)となるように変化する。こ
のとき、三相全波整流ブリッジ16の電圧e も■ に
比例して変化する。
うに、主発電機1の出力電圧■8は、負荷電流■ との
関係がv2・1g初(一定)となるように変化する。こ
のとき、三相全波整流ブリッジ16の電圧e も■ に
比例して変化する。
2g
そして、電圧e の変化によって、電機子電流I 及び
界磁電流I、は第3図(b)のように変化し、また、界
磁率F は第3図(C)のように変化する。
界磁電流I、は第3図(b)のように変化し、また、界
磁率F は第3図(C)のように変化する。
このように、第1図の構成によれば、従来のような高速
時における弱め界磁制御ばかりか、起動時には界磁率を
100%以上にして強め界磁制御を行うことができる。
時における弱め界磁制御ばかりか、起動時には界磁率を
100%以上にして強め界磁制御を行うことができる。
しかも、この変化は滑らかな曲線に沿って連続的に生じ
るため、第5図の接触器12の投入時のように、不連続
状態を生じることがない。
るため、第5図の接触器12の投入時のように、不連続
状態を生じることがない。
第4図(a)、 (b)は、このような制御によって
得られる特性曲線である。第7図及び第8図と対比して
みれば、車両の起動時から最高速度時まで、変化が連続
的且つ滑らかになっていることが明らかである。したが
って、第9図(d)の期間T3において生じていた、主
電動機トルクの瞬間的な増加も生じることがなく、この
トルク特性曲線は平坦なものとなる。
得られる特性曲線である。第7図及び第8図と対比して
みれば、車両の起動時から最高速度時まで、変化が連続
的且つ滑らかになっていることが明らかである。したが
って、第9図(d)の期間T3において生じていた、主
電動機トルクの瞬間的な増加も生じることがなく、この
トルク特性曲線は平坦なものとなる。
また、第1図の構成では、第5図の接触器12が不要に
なったため、この接触器12の開閉時点を検知するため
の電圧検知回路も不要となっている。したがって、回路
構成もより簡略化されたものとなっている。
なったため、この接触器12の開閉時点を検知するため
の電圧検知回路も不要となっている。したがって、回路
構成もより簡略化されたものとなっている。
なお、上記実施例では、分路回路中の分路手段として、
三相全波整流ブリッジのリップルを低減するためリアク
トル15を用いているが、リアクトルと抵抗器とを組合
せて用いてもよく、また、リップルについて考慮する必
要がなければ抵抗器だけを用いることとしてもよい。
三相全波整流ブリッジのリップルを低減するためリアク
トル15を用いているが、リアクトルと抵抗器とを組合
せて用いてもよく、また、リップルについて考慮する必
要がなければ抵抗器だけを用いることとしてもよい。
さらに、上記実施例では、主発電機1が3相用のもので
ある場合につき説明したが、もちろん本発明は単相用の
ものについても適用可能である。
ある場合につき説明したが、もちろん本発明は単相用の
ものについても適用可能である。
以上のように、本発明によれば、主発電機からの交流出
力の電圧を降圧手段が降圧し、この降圧した電圧を、分
路手段に直列接続された整流手段に印加する構成とした
ので、従来、弱め界磁制御を行うときに生じていた主電
動機トルクの瞬間的増加を防止することができ、さらに
、起動時には強め界磁制御を行うことができる。しかも
、起動時から最高速度時までのこれらの界磁制御を連続
的且つ円滑に行うことが可能になる。
力の電圧を降圧手段が降圧し、この降圧した電圧を、分
路手段に直列接続された整流手段に印加する構成とした
ので、従来、弱め界磁制御を行うときに生じていた主電
動機トルクの瞬間的増加を防止することができ、さらに
、起動時には強め界磁制御を行うことができる。しかも
、起動時から最高速度時までのこれらの界磁制御を連続
的且つ円滑に行うことが可能になる。
第1図は本発明の実施例を示す回路図、第2図は第1図
の動作を説明するための等価回路図、第3図及び第4図
は本発明の実施例の特性図、第5図は従来例を示す回路
図、第6図乃至第9図は従来例の特性図である。 1・・・主発電機、9・・・直巻主電動機、10・・・
直巻界磁巻線、14・・・分路回路、15・・・分路手
段(リアクトル)、16・・・整流手段(3相全波整流
ブリツジ)、17・・・降圧手段(3相降圧トランス)
。
の動作を説明するための等価回路図、第3図及び第4図
は本発明の実施例の特性図、第5図は従来例を示す回路
図、第6図乃至第9図は従来例の特性図である。 1・・・主発電機、9・・・直巻主電動機、10・・・
直巻界磁巻線、14・・・分路回路、15・・・分路手
段(リアクトル)、16・・・整流手段(3相全波整流
ブリツジ)、17・・・降圧手段(3相降圧トランス)
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 内燃機関の駆動によって主発電機から交流出力を得、こ
の交流出力を整流して直巻主電動機を駆動するようにし
、しかも、この直巻主電動機の高速域では、その直巻界
磁巻線に並列接続された分路回路へ界磁電流の一部を分
流させて弱め界磁制御を行うようにした電気車制御装置
において、前記主発電機からの交流出力の電圧を所定の
割合に降圧する降圧手段と、 前記分路回路の一部を形成する分路手段と、前記分路手
段に直列接続されてこの分路手段と共に前記分路回路を
形成し、前記降圧手段からの降圧された交流出力を整流
する整流手段と、を備えたことを特徴とする電気車制御
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2053197A JP2799033B2 (ja) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | 電気車制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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WO2003100949A1 (fr) * | 2002-05-29 | 2003-12-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Moteur-generateur |
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