JPH11308829A - 電気機械、特に自動車用の同期発電機 - Google Patents

電気機械、特に自動車用の同期発電機

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JPH11308829A
JPH11308829A JP10285138A JP28513898A JPH11308829A JP H11308829 A JPH11308829 A JP H11308829A JP 10285138 A JP10285138 A JP 10285138A JP 28513898 A JP28513898 A JP 28513898A JP H11308829 A JPH11308829 A JP H11308829A
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stator
electric machine
excitation
rotor
winding
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JP10285138A
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Dokou Antoine Akemakou
アントワーヌ アクマクー ドクー
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 供給される電流の制御を励磁に対する操作で
達成し、この励磁を得るために、永久磁石を用いるのに
拘わらず、励磁が、ゼロまたは約ゼロ励磁から最大値ま
で変化する回転機械、とりわけ同期発電機を提供するこ
と。 【解決手段】 固定子２００は、その内面に１対の凹部
に収納された少なくとも１つの誘導巻線と、励磁手段の
ための一連のハウジングとを備え、回転子１００は、巻
線を持たず、誘導巻線中に可変磁束を形成する歯部１０
１を備え、励磁させると、永久磁石２１４は、回転子中
に閉じた磁束ループを形成し、励磁巻線２１６は、反対
向きの周方向の調整可能な磁束を局地的に形成する電気
機械において、回転子の歯部１０１が、固定子中に整流
効果を引き起こし可能で、永久磁石２１４が、共通の誘
導巻線の２本のアームの位置どうしの間に位置する角度
位置を占めるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用同
期発電機のような回転式電気機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の自動車用の同期発電機からなる多
相発電機は、通常、内部に励磁巻線を備える回転ロータ
が回転する固定子を有している。前記コイルには、ロー
タ軸の突出部に設けられた２つのコレクタリングと当接
する接触ブラシを通して電流が供給される。
【０００３】しかし、ブラシを使用することには幾つか
の不利がある。これには、同期発電機の軸芯長さの増
大、ブラシとコレクタのアセンブリが必要となるため
に、製造費が高くなること、および、摩耗によるブラシ
とコレクタリング間の接触不良による誤動作の危険性等
が含まれる。ブラシを使わず、しかも、自動車用の同期
発電機として駆動可能な回転式電気機械を使用すること
に関する提案が、当分野で幾つかなされている。
【０００４】ある公知の同期発電機では、回転子の２つ
の磁界ホイールにおける通常ならば互いの中に延び合っ
ている把持装置は、磁界ホイール内に配置された、固定
された励磁巻線の支持部が、横断面内を通過するように
切り落とされている。しかし、この手法では、エアギャ
ップの面積がかなり減少することとなるため、装置の出
力が損なわれる。さらに、このタイプの機械は、出力／
速度曲線を同じくした場合、従来の機械に比してかなり
重く、この点は、車輌に搭載する同期発電機の場合特に
不利である。
【０００５】また、鱗状に重なり合った構造の把持装置
を備える２つの磁界ホイールが、固定された内部励起巻
線と外部固定子巻線の間の軸芯方向端部から片持ち状態
で搭載されている同期発電機が知られている。
【０００６】この既知の問題解決法もまた、重量並び
に、特に機械の軸芯の長さが否応なく増大するという事
実に起因する短所を有している。さらに、回転子付近の
エアギャップの寸法の増大のために、機械の出力は低下
する。
【０００７】さらに、上記の２つの事例では、上記の設
計であるために、回転軸芯に直角な面、すなわち２次元
における電磁効果にだけでなく、軸芯方向、すなわち第
３の空間方向の次元においても、配慮することが必須と
なっている。
【０００８】このような機械の３次元的設計は、種々の
パラメータのモデル化および最適化を、著しく困難なも
のにする。
【０００９】最近、ブラシを用いず、純粋に２次元的な
方法で、容易に設計と最適化が可能な磁束整流構造（フ
ラックス コンミュテーション ストラクチュアー、fl
ux commutation structure）が欧州特許公開第0707374
号公報によて知られている。
【００１０】しかし、この公知の構造には、磁石単独に
よって励磁された第１の事例と、励磁巻線を伴った磁石
で励磁された第２の事例のいずれにおいても、幾つか不
利な点がある。特に、初めの第１の事例では、誘導電流
を生み出す磁束が、永久磁石からのみ得られるために、
機械の励磁を全く制御できない。したがって、このよう
な機械を、回転速度が著しく変化する車輌用同期発電機
として用いることは困難である。
【００１１】この事例に対する既知の解決策は、出力電
圧を、約１４ボルトの固定値に維持するための電子電力
部品を用いることである。大電流が必要な場合、この解
決策では、装置が大型になり、製造に大きな作業を要す
る。さらに、固定子電流を調整することは、同期発電機
によって生産された電力の一部を、純粋な損失として散
逸させることになるので、エネルギーバランスの観点か
ら有利とは言えない。
【００１２】第２の事例に対する既知の解決策は、誘導
巻線から供給される電流を、励磁巻線中の電流を切り替
えることによって制御することである。励磁電流の逆転
は、磁石の磁束を高速で低下させる。このタイプの機械
では、本来励磁電流は２方向の交流電流であるから、こ
のような整流を行うためには、高価なＨ字型の整流ブリ
ッジを使用する必要がある。
【００１３】さらに、永久磁石によって形成された励磁
束を、巻線によって形成された補足的な励起磁束と結合
させようとすると、同期発電機から電子装置に供給され
る電圧を絶つ際に望まれる、ゼロまたはゼロに近い誘導
電流を得ることが難しくなる。
【００１４】可変磁気抵抗の原理に基づく異極性の励磁
を有する同期機械もまた、欧州特許公開０３９４５２７
号公報によって知られており、磁石による励磁と巻線に
よる励磁を結合させることによって、励磁は約ゼロから
最大値まで変化する。
【００１５】しかし、このような機械は、本来、常に同
じ方向を向いた磁束を誘導巻線中に形成する。すなわ
ち、鉄が最適な方法で使用されておらず、飽和限界を同
じとした場合、有効な磁束の変化量は従来の磁束整流機
械に比して、約１．１５から１．２の比率で減少するの
で、より多くの誘導用導体を追加することが必要にな
り、結果的に機械の寸法が増す。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、これ
らの短所を克服すること、そして、供給される電流の制
御を励磁に対する操作で達成し、この励磁を得るため
に、永久磁石を用いるのにも拘わらず、励磁が、ゼロま
たは約ゼロ励磁から最大値まで変化する回転機械、とり
わけ同期発電機を提供することにある。
【００１７】本発明のもう一つの目的は、ゼロまたは約
ゼロ値から、最大値まで変化する励磁電流を用いる結
果、励磁が上述の限界内で変化する機械を提供すること
にある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、固定子と回転
子を備え、固定子は１対の凹部に収納された少なくとも
１つの誘導巻線を内部に備え、また、励磁手段のための
一連のハウジングを備える電気機械を提供するものであ
る。
【００１９】回転子は、巻線を持たず、誘導巻線中に選
択的に可変磁束を形成可能な複数の歯部を備え、励磁手
段は、それ自身の周囲に固定子の周方向を向いた磁束ル
ープを形成可能な少なくとも一つの永久磁石と、磁石に
よって得られた磁束とは反対の周方向を向く調整可能な
磁束を局地的に形成可能な、少なくとも一つの励磁巻線
とを備えた電気機械であって、回転子の歯部が固定子中
に整流効果を引き起こすことと、回転子の回転中に誘導
巻線中に交番磁束を生み出すように、永久磁石が、共通
の誘導巻線の２本のアームの位置どうしの間に位置する
角度位置を占めていることを特徴としている。
【００２０】本発明による電気機械の好適な、しかし限
定的でない特徴は、次の通りである。
【００２１】固定子は、その外周に沿って、複数の永久
磁石と複数の励磁巻線を交互に備えている。
【００２２】永久磁石、又は各永久磁石は、固定子の径
方向の幅のほぼ全体にわたって延びている。
【００２３】固定子は、永久磁石と対応した深い凹部を
設けた単一の本体からなっている。
【００２４】固定子は、複数の永久磁石によって互いに
連結された複数の本体部品からなっている。
【００２５】励磁巻線又は各励磁巻線は、固定子の内面
と外面にそれぞれ設けられた２つの凹部に配置されてい
る。
【００２６】この電気機械は、固定子の周の回りに等間
隔で設けられた同じ数の永久磁石、励磁巻線および誘導
巻線からなっている。
【００２７】回転子の磁束整流用歯部は、種々の誘導巻
線中の多相電流で作動するように、誘導巻線とは異なっ
た角度配分を有する。
【００２８】この電気機械には、永久磁石又は磁石の磁
化または再磁化のための逆向き磁界を、励磁巻線の補助
の下で形成する手段が設けられている。
【００２９】この電気機械は、自動車用の同期発電機と
なっている。
【００３０】本発明の他の特徴、目的、および、利点に
ついては、単なる例として、添付図面を参照して行う、
以下の本発明の好適実施形態の詳細な説明によって明ら
かになると思う。
【００３１】
【発明の実施の形態】図１、図２ａ、および、図２ｂ
は、本発明による単相磁束整流電気機械に適応可能な固
定子と回転子を示している。
【００３２】回転子１００は、その周面に、複数の、こ
の具体例では４つの、突出した回転子歯部１０１を備え
ている。これらの回転子歯部１０１は、互いに９０°で
均等に離間しているのが好ましい。本明細書内で後に示
されるように、歯部１０１は、機械が励磁された時に磁
束を整流する役目を持つ。
【００３３】固定子２００の方は、直径方向で対向した
２つの永久磁石２１４と共同で連続した環状構造を形成
する、２つの部品で構成された環状部材２１０を備えて
いる。
【００３４】前記構造の内周面、より具体的には、前記
部材を構成する２つの部品の内部には、複数の、ここで
は３つの凹部が２グループ形成されている。これらの凹
部どうしの離間の要領は、等間隔でも等間隔でなくても
良い。
【００３５】一方の永久磁石（ここでは図の上方のも
の）を開始点として時計方向に見ていくと、固定子の歯
部２１２、誘導巻線２１３のアームを受け入れる凹部、
固定子の歯部２１２、第１励磁巻線２１６のアームを受
け入れる凹部、固定子の歯部２１７、空の凹部２１８、
もう一つの歯部２１７、最後に、直径方向に対向する永
久磁石２１４がある。さらに同じ方向で続けていくと、
もう一つの空の凹部２１８との境界を定める他方の２つ
の歯部２１７、第２励磁巻線２１６のアームを受け入れ
る凹部、最後に、他方の誘導巻線２１３のアームを受け
入れる凹部との境界を定める２つの歯部２１２がある。
【００３６】固定子にはまた、その外周に励磁巻線の他
の２つのアームをも組み込んであり、この励磁巻線は、
固定子２００の本体２１０の中に、ほぼ接線方向の磁束
を形成するように設計されている。
【００３７】同様に、永久磁石のＮ／Ｓ配向は、磁石内
に図１で時計方向を向くほぼ円周方向の磁束を形成する
ようになっている。
【００３８】図１は、励磁巻線２１６に全く電流が供給
されていない状態を示す。
【００３９】固定子が閉じられた本体を形成していると
いうことは、２つの磁石２１４が、固定子の周囲を通過
するほぼ円形の磁界線を生み出すことを意味する。その
結果、回転子の回転角度がどの様であろうとも、前記磁
界は、たとえその一部たりとも回転子１００側を通過し
ないので（或いは、無視できる程度の部分のみが通過し
て）、誘導巻線２１３中に（無視できる程度の電流を除
いて）全く電流が発生しない。したがって、この当該機
械の励磁はゼロになる。
【００４０】もしも（図２ａと図２ｂを参照）励磁巻線
中に単向電流が循環させられて、磁石２１４によって生
み出された磁束と反対向きの磁束を生み出すと、反対向
きの磁束は、常に回転子１００の歯部１０１に迂回しよ
うとする。
【００４１】図２ａは、回転子の４つの歯部１０１が、
時計方向で次のように位置している例を示す。第１の歯
部は、上方の磁石２１４を誘導巻線２１３の一つのアー
ムから分離している固定子歯部２１２と完全に一直線を
なしている。第２の歯部は、一方の励磁巻線２１６の内
側アームを、空の凹部２１８から分離している固定子歯
部２１７と一直線をなしている。第３の歯部は、下方の
磁石２１４を、もう一つの空の凹部２１８から分離して
いる歯部２１７と一直線をなしている。第４の歯部は、
他方の励磁巻線２１６を誘導巻線２１３のもう一つのア
ームから分離している歯部２１２と一直線をなしてい
る。
【００４２】磁界線の殆どが、回転子の歯部１０１を横
切っており、これによって、４つの閉じられた磁気回路
が形成される。図２ａに示す位置では、これらの磁界の
うちの２つは、互いに反対向きに循環し、それぞれが、
誘導巻線２１３の２本のアームを取り囲んで、これら２
本のアームの間から回転子に戻る。これらの２つの磁気
回路の各々は、上方の磁石２１４および図２ａの右手に
位置する励磁巻線２１６によって励磁されている。
【００４３】その結果、ある符号を備える誘導電流が生
じる。
【００４４】図２ｂは、回転子１００が、図２ａに示さ
れた例に対して、２π／８または４５°の回転を行った
状況を示す。この例では、磁束は、誘導巻線２１３の２
本のアームの間を回転子から出る方向で通過し、反対向
きの符号を備えた誘導電流を生み出す。その結果、回転
子が回転する間に、交流のほぼサインカーブ状の、平均
値がゼロまたはほぼゼロの誘導電流が、誘導コイル内に
発生する。
【００４５】前記交流電流の実際の値は、励磁巻線２１
６によって形成された磁界の強さに依存して、ほぼゼロ
値から、最大値の間で変化することが理解しうると思
う。
【００４６】励磁巻線中の磁界の最大値は、永久磁石の
磁力に正確に相関することはなかったので、永久磁石２
１４の選択は、単に、著しい反対向きの磁界が少しも生
じないよう、これを防止できるように行えば良いこと
は、特記に値する。
【００４７】本発明による多相機の実施形態の一例につ
いて、図３を参照して説明する。
【００４８】この機械（ここでは３相機である）は、金
属シートを積層する従来の方法で作られた周方向に連続
した固定子２１０を有する。この固定子は、互いに深さ
は異なるが、角度的にはほぼ規則的に配分された１２個
の凹部を有し、前記凹部は、１２個の歯部２１２の対に
よって区切られている。
【００４９】各凹部には、図３の上方の凹部から始まる
時計方向に、次の部材が位置している。 第１永久磁石２１４ 第１誘導巻線２１３ａの一つのアーム 第１励磁巻線２１６の一つのアーム 第２誘導巻線２１３ｂ’の一つのアーム 第２永久磁石２１４ 第２誘導巻線２１３ｂの他方のアーム 第２励磁巻線２１６の一つのアーム 第３誘導巻線２１３ｃの一つのアーム 第３永久磁石２１４ 第３誘導巻線２１３ｃの他方のアーム 第３励磁巻線２１６の一つのアーム、そして 第１誘導巻線２１３ａの他方のアーム。
【００５０】３つの永久磁石は、励磁が生じた時に固定
子中の永久磁石の付近に形成される逆向きの磁界を最小
限にするために、径方向に固定子の厚さよりも、僅かだ
け浅い凹部に収納されている。他方、励磁巻線と誘導巻
線を収納する凹部は、もっと浅い。
【００５１】さらに、３つの励磁巻線２１６は、それぞ
れ、ほぼ接線方向の励磁束を形成するために、固定子の
外周に作られた凹部に形成された第２アームを備えてい
る。
【００５２】このように、この機械は、１２０°ずつの
３回のインターバルで、類似の構造が再現されるとい
う、角度１２０°での対称性を有する。
【００５３】３つの誘導巻線２１３ａ，２１３ｂおよび
２１３ｃは、固定子の３相を構成している。
【００５４】回転子の回転によって、希望するこれら３
相の１２０°の電気的位相ずれが得られるように、回転
子の有する歯部と数とその配分方法は、各３相の個々に
おいて、歯部対の位置が適切な角度変位を介して異なる
ように選択されている。
【００５５】このことは、回転子に互いに２π／７だけ
規則的に離間した７つの磁束整流歯部１０１を与えるこ
とによって実現されるが、他の分布を採用しても良い。
【００５６】歯部の幅は、固定子の種々の凹部を分離し
ている歯部２１２の幅とほぼ同一であることも、また特
記に値する。
【００５７】さらに、３つの励磁巻線２１６は、同一の
励磁源に対して、直列で、或いは、好ましくは並列で接
続されている。
【００５８】図３に示す装置は、図１、図２ａおよび図
２ｂに示したものと同じ原理で作動する。
【００５９】特に、巻線２１６によって励磁が加えられ
ない場合、３つの永久磁石２１４は、互いに共同して、
固定子の殆ど全体を循環する磁束を生み出すので、相巻
線２１３ａ〜２１３ｃが供給する電流はほぼゼロとな
る。
【００６０】他方、永久磁石によって形成される磁界と
逆方向の電流を形成するため、相巻線の異なるアームの
回りをループする磁界の効果を生じ、これらのループ効
果は、回転子１００の歯部１０１によって、互いに位相
のずれる方法で整流されるので、回転子の回転中には、
装置が交流の３相電流を生み出し、その平均値はゼロで
ある。一方その実際値は、励磁電流がゼロと最大励磁値
の間で変化する間に、ほぼゼロ値と最大値の間で変化す
る。
【００６１】結局、図１から図３に示した装置は、必要
に応じて、当初の磁化または再磁化を掛けられても良い
ことが理解しうると思う。
【００６２】より具体的には、もしも、磁石２１４が事
前に磁化されることなく、固定子に搭載された場合、励
磁巻線２１６に励磁電流と逆向きの電流を供給すれば足
りる。そうすれば、永久磁石によって生み出されるもの
と同じ方向を持つ周方向の磁界が固定子に生じ、前記磁
界は、磁石を磁化または再磁化することができる。
【００６３】この逆向きの磁化または再磁化用の磁界の
形成は、例えば、当業者に良く知られた種類の半導体切
換手段によって達成可能である。
【００６４】以上の操作は、同期発電機を車輌に搭載
し、電気エネルギーをバッテリーで供給された状態で実
施しても良く、或いは、メンテナンス作業の際に工場で
行っても良い。
【００６５】本発明は、上述の実施形態に限定されるも
のではない。特に、例えば自動車の同期発電機−スター
ターモータと言った、発電機としてもモータとしても、
同様に作動する機械、および、何相かの相を備えた機械
を製造する際にも、同じ原理を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の（簡略化された）実施形態による回転
機械の回転子と固定子のアセンブリの第１状態における
横断面を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、第２状態における図１の機械を、第
１姿勢の回転子と共に示す模式図、（ｂ）は、同じ状態
における同じ機械を、第２姿勢の回転子と共に示す模式
図である。
【図３】本発明の３相機械の回転子と固定子のアセンブ
リの横断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１００ 回転子 １０１ 回転子の歯部 ２００ 固定子 ２１２ 固定子の歯部 ２１３ 誘導巻線 ２１４ 永久磁石 ２１６ 励磁巻線

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固定子（２００）と回転子（１００）を
    備え、前記固定子は、１対の凹部に収納された少なくと
    も１つの誘導巻線（２１３）（２１３ａ）−（２１３
    ｃ）と、励磁手段のための一連のハウジングとを内部に
    備え、前記回転子は、巻線を持たず、前記誘導巻線中に
    選択的に可変磁束を形成可能な複数の歯部（１０１）を
    備え、前記励磁手段は、それの周囲に固定子の周方向を
    向く磁束ループを形成可能な少なくとも一つの永久磁石
    （２１４）と、磁石によって得られた磁束とは反対の周
    方向を向く調整可能な磁束を局地的に形成可能な、少な
    くとも一つの励磁巻線（２１６）とを備える電気機械で
    あって、回転子の歯部（１０１）が固定子中に整流効果
    を引き起こすことと、回転子の回転中に誘導巻線中に交
    番の磁束を生み出すように、永久磁石（２１４）が、共
    通の誘導巻線（２１３）（２１３ａ）−（２１３ｃ）の
    ２本のアームどうしの間に位置する角度位置を占めてい
    ることを特徴とする電気機械。
  2. 【請求項２】 前記固定子が、その外周に沿って複数の
    永久磁石（２１４）と複数の励磁巻線（２１６）を交互
    に備えている請求項１記載の電気機械。
  3. 【請求項３】 永久磁石（２１４）が、固定子（２０
    ０）の径方向の幅のほぼ全体にわたって延びている請求
    項１または２記載の電気機械。
  4. 【請求項４】 前記固定子は、永久磁石（２１４）と対
    応する深い凹部が設けられた単一の本体（２１０）から
    なる請求項３記載の電気機械。
  5. 【請求項５】 前記固定子は、複数の永久磁石（２１
    ４）によって互いに連結された複数の本体部品（２１
    ０）からなる請求項３記載の電気機械。
  6. 【請求項６】 励磁巻線（２１６）は、固定子（２０
    ０）の内面と外面にそれぞれ設けられた２つの凹部に配
    置されている請求項１〜５のいずれかに記載の電気機
    械。
  7. 【請求項７】 同じ数の永久磁石（２１４）、励磁巻線
    （２１６）、および誘導巻線（２１３ａ）−（２１３
    ｃ）が、固定子（２００）の周の回りに等間隔で設けら
    れている請求項１〜６のいずれかに記載の電気機械。
  8. 【請求項８】 前記回転子（１００）の磁束整流用歯部
    （１０１）は、種々の誘導巻線中の多相電流で作動する
    ように、誘導巻線（２１３ａ）−（２１３ｃ）とは異な
    った角度配分を有する請求項７記載の電気機械。
  9. 【請求項９】 永久磁石（２１４）の磁化または再磁化
    のための逆向き磁界を励磁巻線（２１６）の補助の下で
    形成する手段が設けられている請求項１〜８のいずれか
    に記載の電気機械。
  10. 【請求項１０】 自動車用の同期発電機である請求項１
    に記載の電気機械。
JP10285138A 1997-10-07 1998-10-07 電気機械、特に自動車用の同期発電機 Pending JPH11308829A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9712471 1997-10-07
FR9712471A FR2769422B1 (fr) 1997-10-07 1997-10-07 Machine electrique a commutation de flux, et notamment alternateur de vehicule automobile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11308829A true JPH11308829A (ja) 1999-11-05

Family

ID=9511904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10285138A Pending JPH11308829A (ja) 1997-10-07 1998-10-07 電気機械、特に自動車用の同期発電機

Country Status (9)

Country Link
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