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交流電動機駆動システム - 富士電機機器制御株式会社
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発明の名称 交流電動機駆動システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−252119(P2007−252119A)
公開日 平成19年9月27日(2007.9.27)
出願番号 特願2006−73638(P2006−73638)
出願日 平成18年3月17日(2006.3.17)
代理人 【識別番号】100075166
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 巖
発明者 豊田 敏久 / 林 寛明
要約 課題
交流電動機それぞれの出力軸を互いに接続して一台の負荷を駆動する複数台の交流電動機に好適な交流電動機駆動システムを提供する。

解決手段
上位制御装置11に対して起動指令と速度指令とが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に、上位制御装置11では誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#を読込み、このときの速度指令値ω* と比較し、その差が所定値を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、その後、この電動機制御装置2に再起動指令を発することにより、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電動機と、この交流電動機を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置とを各々複数台用い、それぞれの電動機制御装置に対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置を備え、前記電動機それぞれの出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機の回転子速度推定値と前記速度指令値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させた後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする交流電動機駆動システム。
【請求項2】
交流電動機と、この交流電動機を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置とを各々複数台用い、それぞれの電動機制御装置に対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置を備え、前記電動機それぞれの出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機のトルク電流指令値と他の電動機制御装置におけるトルク電流指令値またはその平均値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させた後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする交流電動機駆動システム。
【請求項3】
交流電動機と、この交流電動機を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置とを各々複数台用い、それぞれの電動機制御装置に対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置を備え、前記電動機それぞれの出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機の回転子速度推定値と他の電動機制御装置における回転子速度推定値またはその平均値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させた後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする交流電動機駆動システムの制御方法。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の交流電動機駆動システムにおいて、
前記電動機制御装置からの出力を遮断させた後、他の電動機制御装置における回転子速度推定値またはその平均値、あるいは他の電動機制御装置におけるトルク電流指令値若しくはその平均値に前記電動機制御装置での値を予め書き換えて、再起動させることを特徴とする交流電動機駆動システム。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は交流電動機と、この交流電動機を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置とを各々複数台用い、それぞれの電動機制御装置に対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置を備え、前記電動機それぞれの出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機駆動システムに関する。
【背景技術】
【0002】
この種の従来の交流電動機駆動システムとしては、出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機それぞれに個別に速度センサを設け、個々の電動機制御装置では上位制御装置からの速度指令値と前記速度センサからの回転子速度検出値とこの電動機制御装置から前記電動機に供給される電圧,電流と該電動機の電気定数とに基づいてベクトル制御を行うことで、対応する交流電動機それぞれを所望の動作状態に制御していた。
【特許文献1】特開平11−150997号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上述の従来の交流電動機駆動システムにおいては、交流電動機それぞれに個別に速度センサを設けており、この速度センサは比較的高価であり、また、交流電動機それぞれの出力軸の接続方法によっては、例えば、前記電動機の出力軸にマウントできる中空構造の速度センサを備える必要があり、さらに複雑,高価になるという問題点があった。
【0004】
この発明の目的は、交流電動機の速度センサレスベクトル制御方法を用いて、出力軸が互いに接続された交流電動機それぞれを所望の動作状態に制御できる交流電動機駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
この第1の発明は、交流電動機と、この交流電動機を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置とを各々複数台用い、それぞれの電動機制御装置に対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置を備え、前記電動機それぞれの出力軸を互いに接続して負荷を駆動する交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機の回転子速度推定値と前記速度指令値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させ後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする。
【0006】
第2の発明は前記交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機のトルク電流指令値と他の電動機制御装置におけるトルク電流指令値またはその平均値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させた後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする。
【0007】
第3の発明は前記交流電動機駆動システムにおいて、
上位制御装置では個々の電動機制御装置から得られたそれぞれの交流電動機の回転子速度推定値と他の電動機制御装置における回転子速度推定値またはその平均値とを比較し、その差が予め設定した値より大きくなった電動機制御装置からの出力を遮断させた後、該電動機制御装置を再起動させることを特徴とする。
【0008】
第4の発明は前記第1〜第3の発明の交流電動機駆動システムにおいて、
前記電動機制御装置からの出力を遮断させ後、他の電動機制御装置における回転子速度推定値またはその平均値、あるいは他の電動機制御装置におけるトルク電流指令値若しくはその平均値に前記電動機制御装置での値を予め書き換えて、再起動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、交流電動機に速度センサレスベクトル制御を行う際に、特に、前記電動機が低速回転時に生ずる該電動機の回転子速度推定値の演算誤差に起因したそれぞれの交流電動機の望ましくない挙動を速やかに解消することができ、従って、この発明の交流電動機駆動システムにおいては、従来、個々の交流電動機それぞれに設けていた速度センサが省略でき、その結果、このシステム全体のコストダウンが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
図1は、この発明の実施の形態を示す交流電動機駆動システムの回路構成図であり、この図において、2は交流電動機3を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置、4は交流電動機5を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置、6は交流電動機7を速度センサレスベクトル制御方法により可変速制御する電動機制御装置、11〜16は電動機制御装置2,4,6それぞれに対して同一タイミング,同一量の速度指令値などを与える上位制御装置、また、複数台の例として、図示の如く、3台の交流電動機3,5,7それぞれの出力軸を互いに連結してクレーン等の産業機械などの負荷8を駆動するようにしている。
【0011】
図2は、図1に示した交流電動機駆動システムの部分詳細回路構成図であり、この図は上位制御装置11〜16の何れかと、電動機制御装置2と、交流電動機3としての誘導電動機とに係わる部分の構成例を示し、この電動機制御装置2は速度調節器21,電流調節器22,ベクトル回転器23,PWMインバータ24,磁束指令器25,電流演算器26,ベクトル回転器27,電流検出器28,ベクトル回転器29,電圧検出器30,すべり周波数演算器31,加算演算器32,積分器33,一次周波数推定器34から構成されている。なお、図1に示した電動機制御装置4,6も図2に示した電動機制御装置2と同様構成であり、また、これらの構成要素は周知の技術を用いて形成されている。
【0012】
図2に示した一次周波数推定器34では誘導電動機3の一次周波数推定値ω1#を導出するために、PWMインバータ24から誘導電動機3へ流れる電流を電流検出器28で検出し、この電流検出値をベクトル回転器27により誘導電動機3のトルク軸の電流検出値IT と磁化軸の電流検出値IM とに座標変換した値と、PWMインバータ24から誘導電動機3に印加される電圧を電圧検出器30で検出し、この電流検出値をベクトル回転器29により誘導電動機3のトルク軸の電圧検出値VT に座標変換した値と、磁束指令器25から得られる誘導電動機3の二次磁束指令値φ2*と、誘導電動機3の電気定数とによる下記数1〜数3式を用いている。
(数1)
T =r1 ・IT +ω1#・Lσ・IM +ω1#{φ2*/(σ+1)}
ここで、r1 は誘導電動機3の一次抵抗、Lσは誘導電動機3の漏れインダクタンス(固定子側換算)、φ2*/(σ+1)は誘導電動機3の誘起電圧係数である。
【0013】
すなわち、誘導電動機3の速度センサレスベクトル制御では、上記数1式から誘導電動機3の端子電圧のトルク軸成分VT が誘導電動機3の回転子速度ωR にほぼ比例することに着目し、電圧検出器30で取り込んだ前記端子電圧を該電動機の電気定数を用いて演算し、誘導電動機3の回転子速度を推定するようにしている。
【0014】
そこで上記数1式を変形すると、下記数2式となる。
(数2)
ω1#=(VT −r1 ・IT −ω1#・Lσ・IM )/K
ここで、Kは{φ2*/(σ+1)}である。
【0015】
さらに上記数2式の演算を、マイクロコンピュータを用いた離散値演算で行うために、下記数3式の近似演算を行う。
(数3)
ω1#(0)={VT −r1 ・IT −ω1#(1)・Lσ・IM }/K
ここで、ω1#(0)は今回の推定値、ω1#(1)は前回の推定値を示す。
【0016】
すなわち、離散時間(演算周期)が十分に短いと、ω1#(0)≒ω1#(1)が成立するため、上記数2式と数3式が等しくなる。
【0017】
また、図2に示したすべり周波数演算器31では、ベクトル回転器27により得られる誘導電動機3のトルク軸の電流検出値IT と磁化軸の電流検出値IM と、誘導電動機3の電気定数とに基づいて、すべり周波数演算値ωS#を導出している。
【0018】
従って、加算演算器32から誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#が得られるが、誘導電動機3の回転速度が零速度近傍で得られる回転子速度推定値ωR#には、誘導電動機3の一次抵抗r1 に関係した値や、前記電動機への電圧,電流の検出誤差が相対的に大きくなること等から、演算誤差が大きくなることが知られている。
【0019】
その結果、速度調節器21での調節演算結果であるトルク電流指令値IT*も適正値から大きくずれて、このずれがさらに誤差拡大という悪循環に陥り、この交流電動機駆動システム全体が運転不能になる恐れがあった。
【0020】
以下に、この発明の実施例を説明する図3〜図8のフローチャートを参照しつつ、上述の問題点を解消した交流電動機駆動システムの動作を、電動機制御装置2が推定誤差を持ってしまった場合を例として、説明する。
【0021】
すなわち図3は、この発明の第1の実施例を示す図1に示した上位制御装置11の動作を説明するフローチャートである。
【0022】
上位制御装置11に対して起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一の速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#を読込み(ステップS11)、このときの速度指令値ω* と比較し(ステップS12)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、次の前記経過時間まで待つ。
【0023】
一方、ステップS12で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS13)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、その後、誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#をリセットし、この電動機制御装置2に対してゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS14)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0024】
図4は、この発明の第2の実施例を示す図1に示した上位制御装置12の動作を説明するフローチャートである。
【0025】
上位制御装置12に対して起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一の速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#と速度調節器21での調節演算結果であるトルク電流指令値IT*を読込み(ステップS21)、このときの速度指令値ω* と比較し(ステップS22)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、ステップS21で読み込んだ値と、他機すなわち電動機制御装置4または電動機制御装置6でのそれぞれ値との平均値を求め格納する(ステップ26)。
【0026】
一方、ステップS22で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS23)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、このとき、電動機制御装置2の速度調節器21では、速度指令値ω* と速度推定値ωR#との偏差が大きくなっていない他機すなわち電動機制御装置4又は電動機制御装置6の何れか一方から得られた回転子速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*、あるいは電動機制御装置4,6から得られた回転子速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*それぞれの平均値に強制的に書き換え(ステップS24)、その後、ゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS25)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0027】
図5は、この発明の第3の実施例を示す図1に示した上位制御装置13の動作を説明するフローチャートである。
【0028】
上位制御装置13に対して起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一の速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の速度調節器21での調節演算結果であるトルク電流指令値IT*を読込み(ステップS31)、このときのトルク電流指令値IT*と他機すなわち電動機制御装置4と電動機制御装置6とから得られたトルク電流指令値IT*の平均値とを比較し(ステップS32)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、ステップS31で読み込んだ値と、他機すなわち電動機制御装置4または電動機制御装置6でのそれぞれ値との平均値を求め格納する(ステップ35)。
【0029】
一方、ステップS32で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS33)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、その後、誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#をリセットし、この電動機制御装置2に対してゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS34)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0030】
図6は、この発明の第4の実施例を示す図1に示した上位制御装置14の動作を説明するフローチャートである。
【0031】
上位制御装置14に対して起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一お速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#と速度調節器21での調節演算結果であるトルク電流指令値IT*を読込み(ステップS41)、このときのトルク電流指令値IT*と他機すなわち電動機制御装置4と電動機制御装置6とから得られたトルク電流指令値IT*の平均値とを比較し(ステップS42)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、ステップS41で読み込んだ値と、他機すなわち電動機制御装置4または電動機制御装置6でのそれぞれ値との平均値を求め格納する(ステップ46)。
【0032】
一方、ステップS42で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS43)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、このとき、電動機制御装置2の速度調節器21では、トルク電流指令値IT*と前記平均値との偏差が大きくなっていない他機すなわち電動機制御装置4又は電動機制御装置6の何れか一方から得られた回転子速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*、あるいは電動機制御装置4,6から得られた回転速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*それぞれの平均値に強制的に書き換え(ステップS44)、その後、ゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS45)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0033】
図7は、この発明の第5の実施例を示す図1に示した上位制御装置15の動作を説明するフローチャートである。
【0034】
上位制御装置15に対して起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一の速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#を読込み(ステップS51)、このときの回転子速度推定値ωR#と他機すなわち電動機制御装置4と電動機制御装置6とから得られた回転子速度推定値ωR#の平均値とを比較し(ステップS52)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、ステップS51で読み込んだ値と、他機すなわち電動機制御装置4または電動機制御装置6でのそれぞれ値との平均値を求め格納する(ステップ55)。
【0035】
一方、ステップS52で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS53)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、その後、誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#をリセットし、この電動機制御装置2に対してゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS54)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0036】
図8は、この発明の第6の実施例を示す図1に示した上位制御装置16の動作を説明するフローチャートである。
【0037】
上位制御装置16へ起動指令と速度指令ωとが指令され、これらの指令に従って電動機制御装置2,4,6それぞれに同一タイミングで運転指令と同一の速度指令値ω* とが発せられて誘導電動機3,5,7それぞれが回転中に、所定の経過時間毎に誘導電動機3の回転子速度推定値ωR#と速度調節器21での調節演算結果であるトルク電流指令値IT*を読込み(ステップS61)、このときの回転子速度推定値ωR#と他機すなわち電動機制御装置4と電動機制御装置6とから得られた回転子速度推定値ωR#の平均値とを比較し(ステップS62)、その差が例えば10%未満であれば、この電動機制御装置2と誘導電動機3とが正常動作と判定し、ステップS61で読み込んだ値と、他機すなわち電動機制御装置4または電動機制御装置6でのそれぞれ値との平均値を求め格納する(ステップ66)。
【0038】
一方、ステップS62で前記差が10%を越えているときには、電動機制御装置2と誘導電動機3とが異常動作と判定し、PWMインバータ24へゲート遮断指令を発して(ステップS63)、PWMインバータ24の出力を遮断することにより誘導電動機3を一旦フリーランさせ、このとき、電動機制御装置2の速度調節器21では、速度推定値ωR#と前記平均値との偏差が大きくなっていない他機すなわち電動機制御装置4又は電動機制御装置6の何れか一方から得られた回転子速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*、あるいは電動機制御装置4,6から得られた回転子速度推定値ωR#,トルク電流指令値IT*それぞれの平均値に強制的に書き換え(ステップS64)、その後、ゲート遮断指令を解除するとともに、再起動指令を発することにより(ステップS65)、電動機制御装置2と誘導電動機3とを再度運転状態にさせて、前記差の拡大に伴って交流電動機駆動システム全体が運転不能に陥ることを解消する。
【0039】
なお、上述の図3〜図8のフローチャートに基づくこの発明の実施例の説明では、複数台として3台以上による例で行ったが、図4〜図8において、複数台として2台のときには、他機から読み込んだ値のみに基づいて処理をすればよい。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】この発明の実施の形態を示す交流電動機駆動システムの回路構成図
【図2】図1の部分詳細回路構成図
【図3】この発明の第1の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【図4】この発明の第2の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【図5】この発明の第3の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【図6】この発明の第4の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【図7】この発明の第5の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【図8】この発明の第6の実施例を示す交流電動機駆動システムの動作流れ図
【符号の説明】
【0041】
2,4,6…電動機制御装置、3,5,7…交流電動機、8…負荷、11〜16…上位制御装置、21…速度調節器、22…電流調節器、23…ベクトル回転器、24…PWMインバータ、25…磁束指令器、26…電流演算器、27…ベクトル回転器、28…電流検出器、29…ベクトル回転器、30…電圧検出器、31…すべり周波数演算器、32…加算演算器、33…積分器、34…一次周波数推定器。




 

 


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