(57)【要約】  この無停電電源装置は、コンバータ（１）およびインバータ（５）の熱を放散させる冷却器（６）と、インバータ（５）の出力電力（Ｐｏ）が上限値（ＰｏＨ）を超えた場合には、それらの差の電力（ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏ）だけコンバータ（１）の入力電力（Ｐｉ）を減少させるとともに、その差の電力（ΔＰｏ）の２倍の電力（２×ΔＰｏ）だけ双方向チョッパ（４）の入力電力（Ｐｂ）を増大させる制御装置（８）とを備える。
2019180784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源から供給される第１の電力を直流電力に変換する第１の電力変換器と、
第２の電源から供給される第２の電力を直流電力に変換する第２の電力変換器と、
前記第１および第２の電力変換器のうちの少なくともいずれか一方から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第３の電力変換器と、
前記第１および第３の電力変換器に共通に設けられ、それらで発生する熱を放散させる冷却器と、
前記第３の電力変換器の出力電力が上限値よりも小さい場合は、前記第１の電力変換器のみから前記第３の電力変換器に直流電力を供給させ、前記第３の電力変換器の出力電力が前記上限値を超えたことに応じて、前記第１および第２の電力変換器の両方から前記第３の電力変換器に直流電力を供給させ、前記第１および第２の電力変換器の入力電力の和を前記第３の電力変換器の出力電力に維持しながら、前記第１の電力変換器の入力電力を減少させるとともに前記第２の電力変換器の入力電力を増大させる制御装置とを備える、電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の電力変換器、前記第３の電力変換器、および前記冷却器は一体のユニットを構成している、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第３の電力変換器の出力電力が前記上限値を超えたことに応じて、前記第３の電力変換器の出力電力と前記上限値との差の電力だけ前記第１の電力変換器の入力電力を減少させるとともに、前記差の電力の２倍の電力だけ前記第２の電力変換器の入力電力を増大させる、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電力変換器から前記第３の電力変換器に直流電力を供給するための直流ラインと、
前記第１の電力変換器の入力電流を検出する第１の電流検出器と、
前記第２の電力変換器の入力電流を検出する第２の電流検出器と、
前記第３の電力変換器の出力電流を検出する第３の電流検出器とを備え、
前記制御装置は、
前記負荷の入力電圧が参照交流電圧になるように第１の電流指令値を生成し、前記第３の電流検出器の検出値が前記第１の電流指令値になるように前記第３の電力変換器を制御する第１の制御回路と、
前記直流ラインの電圧が参照直流電圧になるように第２の電流指令値を生成し、前記第１および第２の電流指令値の和が予め定められた値を超えないように前記第２の電流指令値を制限して第３の電流指令値を生成し、前記第１の電流検出器の検出値が前記第３の電流指令値になるように前記第１の電力変換器を制御する第２の制御回路と、
前記直流ラインの電圧が前記参照直流電圧になるように第４の電流指令値を生成し、前記第２の電流検出器の検出値が前記第４の電流指令値になるように前記第２の電力変換器を制御する第３の制御回路とを含み、
前記第１および第２の電流指令値の和が前記予め定められた値である場合に、前記第１の電力変換器の入力電力と前記第３の電力変換器の出力電力との和が前記上限値の２倍の電力になるように、前記予め定められた値が設定されている、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１の電力変換器からの前記第１の電力の供給が停止された場合には、前記第２の電力変換器のみから前記第３の電力変換器に直流電力を供給させる、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第１および第２の電源はそれぞれ交流電源および直流電源であり、
前記第１および第２の電力はそれぞれ交流電力および直流電力である、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第１および第２の電源はそれぞれ第１および第２の直流電源であり、
前記第１および第２の電力はともに直流電力である、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１および第２の電源はそれぞれ第１および第２の交流電源であり、
前記第１および第２の電力はともに交流電力である、請求項１に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力変換装置に関し、特に、第１および第２の電力変換器のうちの少なくともいずれか一方から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第３の電力変換器を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開２００１−１８６６８９号公報（特許文献１）には、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する整流器と、バッテリと直流ラインとの間に接続されたチョッパと、直流ラインからの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータとを備えた無停電電源装置が開示されている。【０００３】
交流電源の健全時においてインバータの出力電力が上限値よりも小さい通常時は、整流器によって生成された直流電力が、インバータによって交流電力に変換されて負荷に供給される。また、交流電源の健全時においてインバータの出力電力が上限値を超える過負荷時には、整流器からインバータに上限値の直流電力が供給されるとともに、不足分の直流電力がバッテリからチョッパを介してインバータに供給される（図８参照）。したがって、整流器の入力電力を上限値以下に制限することができる。【０００４】
また、交流電源の停電時には、バッテリの直流電力がチョッパを介してインバータに供給され、交流電力に変換されて負荷に供給される。したがって、停電時でも負荷の運転を継続することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１８６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に無停電電源装置では、整流器およびインバータで発生する熱を放散させる第１および第２の冷却器がそれぞれ設けられる。第１の冷却器は、整流器の入力電力が上限値になった場合に発生する熱を放散させる冷却能力（すなわちサイズ）を有する。第２の冷却器は、過負荷時にインバータで発生する熱を放散させる冷却能力（すなわちサイズ）を有する。このため従来の無停電電源装置では、第１および第２の冷却器が大型化し、装置寸法が大きくなるという問題があった。【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、第１の電力変換器の入力電力を上限値以下に制限することが可能で小型の電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、第１の電源から供給される第１の電力を直流電力に変換する第１の電力変換器と、第２の電源から供給される第２の電力を直流電力に変換する第２の電力変換器と、第１および第２の電力変換器のうちの少なくともいずれか一方から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第３の電力変換器と、第１および第３の電力変換器に共通に設けられ、それらで発生する熱を放散させる冷却器と、第３の電力変換器の出力電力が上限値よりも小さい場合は、第１の電力変換器のみから第３の電力変換器に直流電力を供給させ、第３の電力変換器の出力電力が上限値を超えたことに応じて、第１および第２の電力変換器の両方から第３の電力変換器に直流電力を供給させ、第１および第２の電力変換器の入力電力の和を第３の電力変換器の出力電力に維持しながら、第１の電力変換器の入力電力を減少させるとともに第２の電力変換器の入力電力を増大させる制御装置とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置では、第３の電力変換器の出力電力が上限値を超えた場合には、第１および第２の電力変換器の両方から第３の電力変換器に直流電力を供給させ、第１の電力変換器の入力電力を減少させるとともに第２の電力変換器の入力電力を増大させる。したがって、第１の電力変換器の入力電力を上限値以下に制限することができる。また、第１および第３の電力変換器に共通に冷却器を設け、第３の電力変換器の出力電力が上限値を超えたことに応じて第１の電力変換器の入力電力を減少させるので、冷却器のサイズを小さく抑えることができ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した冷却器の構成を示す図である。
【図３】図１に示した制御装置のうちのインバータの制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示した制御装置のうちのコンバータの制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示した制御装置のうちの双方向チョッパの昇圧制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示した制御装置のうちの双方向チョッパの降圧制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態１の効果を説明するための図である。
【図８】実施の形態１の比較例を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態２による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示すブロック図である。図１において、この無停電電源装置は、入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、電流検出器ＣＤ１〜ＣＤ３、コンバータ１、直流ライン２、コンデンサ３、双方向チョッパ４、インバータ５、冷却器６，７、および制御装置８を備える。
【００１２】
入力端子Ｔ１は、商用交流電源１１（第１の電源）から商用周波数の交流電力を受ける。バッテリ端子Ｔ２は、バッテリ１２（第２の電源）に接続される。バッテリ１２は、直流電力を蓄える。バッテリ１２の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。出力端子Ｔ３は、負荷１３に接続される。負荷１３は、無停電電源装置から供給される商用周波数の交流電力によって駆動される。
【００１３】
コンバータ１、直流ライン２、およびインバータ５は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ３の間に直列接続される。コンデンサ３は、直流ライン２に接続され、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣを平滑化させる。双方向チョッパ４は、バッテリ端子Ｔ２と直流ラインとの間に接続される。
【００１４】
なお、実際の無停電電源装置では、入力端子Ｔ１とコンバータ１の間に入力フィルタが設けられ、インバータ５と出力端子Ｔ３の間に出力フィルタが設けられるが、図面および説明の簡単化のため入力フィルタおよび出力フィルタの図示は省略されている。入力フィルタおよび出力フィルタの各々は、リアクトルおよびコンデンサを含む低域通過フィルタであり、商用周波数の電流を通過させ、スイッチング周波数の電流を遮断する。
【００１５】
商用交流電源１１から供給される交流入力電圧Ｖｉの瞬時値は、制御装置８によって検出される。負荷１３に印加される交流出力電圧Ｖｏの瞬時値は、制御装置８によって検出される。直流ライン２の直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置８によって検出される。バッテリ１２の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置８によって検出される。
【００１６】
電流検出器ＣＤ１（第１の電流検出器）は、商用交流電源１１からコンバータ１に流れる交流入力電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置８に与える。電流検出器ＣＤ２（第２の電流検出器）は、バッテリ１２と双方向チョッパ４との間に流れる直流電流Ｉｂを検出し、その検出値を示す信号Ｉｂｆを制御装置８に与える。電流検出器ＣＤ３（第３の電流検出器）は、インバータ５から負荷１３に流れる交流出力電流Ｉｏを検出し、その検出値を示す信号Ｉｏｆを制御装置８に与える。
【００１７】
制御装置８は、交流入力電圧Ｖｉ、交流出力電圧Ｖｏ、直流電圧ＶＤＣ、バッテリ電圧ＶＢ、交流入力電流Ｉｉ、直流電流Ｉｂ、交流出力電流Ｉｏに基づいて、コンバータ１、双方向チョッパ４、およびインバータ５の各々を制御する。
【００１８】
コンバータ１（第１の電力変換器）は、制御装置８によって制御され、商用交流電源１１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン２に出力する。コンバータ１は、複数組のＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）およびダイオードを含む周知のものである。コンバータ１の交流入力電流Ｉｉは、制御可能になっている。
【００１９】
商用交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源１１の健全時）においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、コンバータ１の交流入力電流Ｉｉが制御される。
【００２０】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、インバータ５の出力電力Ｐｏと上限値ＰｏＨの差の電力ΔＰｏ＝Ｐｏ−ＰｏＨだけコンバータ１の入力電力Ｐｉが減少するように、コンバータ１の交流入力電流Ｉｉが減少される。商用交流電源１１からの交流電力の供給が停止された場合（商用交流電源１１の停電時）には、コンバータ１の運転は停止される。
【００２１】
双方向チョッパ４（第２の電力変換器）は、制御装置８によって制御され、直流ライン２とバッテリ１２との間で直流電力を授受する。双方向チョッパ４は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードと、リアクトルとを含む周知のものである。バッテリ１２と双方向チョッパ４の間に流れる電流Ｉｂは、制御可能になっている。双方向チョッパ４は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ１２に与える降圧動作と、バッテリ１２の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ライン２に与える昇圧動作とのうちのいずれかの動作を選択的に行なう。
【００２２】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、双方向チョッパ４は、バッテリ電圧ＶＢが参照バッテリ電圧ＶＢｒになるように直流ライン２からバッテリ１２に直流電流Ｉｂを流す。
【００２３】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、双方向チョッパ４は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるようにバッテリ１２から直流ライン２に直流電流Ｉｂを流す。これにより、インバータ５の出力電力Ｐｏと上限値ＰｏＨの差の電力ΔＰｏ＝Ｐｏ−ＰｏＨの２倍の電力ΔＰｏだけバッテリ１２からインバータ５に直流電力が供給される。
【００２４】
すなわち、過負荷時には、コンバータ１からインバータ５にＰｏＨ−ΔＰｏの直流電力が供給されるとともに、バッテリ１２から双方向チョッパ４を介してインバータ５に２ΔＰｏの直流電力が供給され、合計ＰｏＨ＋ΔＰｏの直流電力がインバータ５に供給される。インバータ５から負荷１３にＰｏＨ＋ΔＰｏの交流電力が供給される。
【００２５】
商用交流電源１１の停電時には、双方向チョッパ４は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるようにバッテリ１２から直流ライン２に直流電流Ｉｂを流す。これにより、インバータ５の出力電力Ｐｏに相当する直流電力がバッテリ１２のみから供給される。
【００２６】
インバータ５（第３の電力変換器）は、制御装置８によって制御され、コンバータ１および双方向チョッパ４から直流ライン２を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して負荷１３に供給する。インバータ５は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。インバータ５の交流出力電流Ｉｏは、制御可能になっている。インバータ５は、交流出力電圧Ｖｏが参照交流電圧Ｖｏｒになるように、負荷１３に交流電流Ｉｏを供給する。
【００２７】
負荷１３がたとえばモータである場合には、インバータ５から負荷１３に流れる電流Ｉｏが変動し、インバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超える場合がある。インバータ５は、所定時間内であれば、上限値ＰｏＨよりも大きな電力Ｐｏ（たとえば、１．５×ＰｏＨ）を出力できるように形成されている。
【００２８】
冷却器６は、コンバータ１およびインバータ５に共通に設けられ、コンバータ１およびインバータ５で発生する熱を空気中に放散させ、コンバータ１およびインバータ５の温度が過度に上昇して破損されることを防止する。冷却器７は、双方向チョッパ４で発生する熱を空気中に放散させ、双方向チョッパ４の温度が過度に上昇して破損されることを防止する。
【００２９】
図２（Ａ），（Ｂ）は、冷却器６の構成を示す図である。特に、図２（Ａ）は冷却器６の平面図であり、図２（Ｂ）は冷却器６の正面図である。図２（Ａ），（Ｂ）において、冷却器６は、平板部６ａと、多数の放熱フィン６ｂとを含む。冷却器６は、熱伝導率の高い金属（たとえばアルミニウム）で形成されている。
【００３０】
平板部６ａの表面には、コンバータ１およびインバータ５が形成された基板１５が搭載されている。多数の放熱フィン６ｂは、平板部６ａの裏面に形成されている。冷却器６および基板１５は、一体のユニットを構成している。多数の放熱フィン６ｂには、ファン（図示せず）から風が送られる。
【００３１】
コンバータ１およびインバータ５が駆動されると、コンバータ１およびインバータ５で熱が発生する。コンバータ１およびインバータ５で発生した熱は、平板部６ａを介して各放熱フィン６ｂに伝導し、各放熱フィン６ｂの表面から空気中に放散される。これにより、コンバータ１およびインバータ５の温度上昇が抑制される。
【００３２】
本実施の形態１では、過負荷時にはコンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの和が上限値ＰｏＨになるので、Ｐｉ＋ＰｏがＰｏＨになっても基板１５の温度が上限温度ＴＨを超えないように、冷却器６の放熱能力、すなわち冷却器６のサイズが設定されている。冷却器７は、冷却器６と同じ構成であるので、その説明は繰り返さない。
【００３３】
図３は、制御装置８のうちのインバータ５の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図３において、制御装置８は制御回路２０（第１の制御回路）を含み、制御回路２０は、参照電圧生成部２１、電圧検出器２２、減算器２３，２５、電流制御部２４、電圧制御部２６、およびＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御部２７を有する。
【００３４】
参照電圧生成部２１は、負荷１３の定格電圧である参照交流電圧Ｖｏｒを生成する。電圧検出器２２は、負荷１３の入力電圧Ｖｏを検出し、検出値を示す信号Ｖｏｆを生成する。減算器２３は、参照交流電圧Ｖｏｒと電圧検出器２２の出力信号Ｖｏｆとの偏差ΔＶｏ＝Ｖｏｒ−Ｖｏｆを求める。電流制御部２４は、偏差ΔＶｏに比例する値と、偏差ΔＶｏの積分値に比例する値とを加算して電流指令値Ｉｏｒ（第１の電流指令値）を求める。
【００３５】
減算器２５は、電流指令値Ｉｏｒと電流検出器ＣＤ３の出力信号Ｉｏｆとの偏差ΔＩｏ＝Ｉｏｒ−Ｉｏｆを求める。電圧制御部２６は、偏差ΔＩｏに比例する値と、偏差ΔＩｏの積分値に比例する値とを加算して電圧指令値Ｖｏｃを生成する。ＰＷＭ制御部２７は、電圧指令値Ｖｏｃと三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号φ２７を生成し、インバータ５に与える。インバータ５は、ＰＷＭ制御信号φ２７に従って、直流電力を交流電力に変換する。
【００３６】
すなわち、制御回路２０は、負荷１３の入力電圧Ｖｏが参照交流電圧Ｖｏｒになるように電流指令値Ｉｏｒを生成し、電流検出器ＣＤ３の検出値Ｉｏが電流指令値Ｉｏｒになるようにインバータ５を制御する。このため、インバータ５から負荷１３に流れる電流Ｉｏが変動した場合でも、負荷１３の入力電圧Ｖｏは参照交流電圧Ｖｏｒに維持される。
【００３７】
図４は、制御装置８のうちのコンバータ１の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図４において、制御装置８は制御回路３０（第２の制御回路）を含み、制御回路３０は、参照電圧生成部３１、電圧検出器３２、減算器３３，３６、電流制御部３４、リミッタ３５、電圧制御部３７、停電検出器３８、およびＰＷＭ制御部３９を有する。
【００３８】
参照電圧生成部３１は、直流ライン２の目標直流電圧である参照直流電圧ＶＤＣｒを生成する。電圧検出器３２は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣを検出し、検出値を示す信号ＶＤＣｆを生成する。減算器３３は、参照直流電圧ＶＤＣｒと電圧検出器３２の出力信号ＶＤＣｆとの偏差ΔＶＤＣ＝ＶＤＣｒ−ＶＤＣｆを求める。電流制御部３４は、偏差ΔＶＤＣに比例する値と、偏差ΔＶＤＣの積分値に比例する値とを加算して電流指令値Ｉｉｒ（第２の電流指令値）を求める。
【００３９】
リミッタ３５は、電流制御部３４からの電流指令値Ｉｉｒと電流制御部２４（図３）からの電流指令値Ｉｏｒとの和（Ｉｉｒ＋Ｉｏｒ）が上限値Ｉｈを超えないように電流指令値Ｉｉｒを制限し、電流指令値ＩｉｒＬ（第３の電流指令値）を生成する。Ｉｉｒ＋Ｉｏｒ≦Ｉｈである場合は、ＩｉｒがそのままＩｉｒＬとなる。Ｉｉｒ＋Ｉｏｒ＞Ｉｈである場合は、Ｉｈ−ＩｏｒがＩｉｒＬとなる。
【００４０】
Ｉｉｒ＋Ｉｏｒ＝Ｉｈである場合に、コンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの和（Ｐｉ＋Ｐｏ）が上限値ＰｏＨの２倍の電力２×ＰｏＨとなるように、Ｉｈの値が設定されている。負荷１３の消費電力ＰＬが増大すると、ＩｉｒおよびＩｏｒの各々が増大し、コンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの各々が増大する。
【００４１】
コンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの和（Ｐｉ＋Ｐｏ）が上限値ＰｏＨの２倍の電力２×ＰｏＨに到達すると、Ｉｉｒ＋ＩｏｒがＩｈに到達する。負荷１３の消費電力ＰＬがさらに増大すると、Ｉｏｒが増大してインバータ５の出力電力Ｐｏが増大する一方、Ｉｉｒ＋ＩｏｒがＩｈを超えないようにＩｉｒが低減され、コンバータ１の入力電力Ｐｉが減少する。したがって、Ｐｉ＋Ｐｏは２×ＰｏＨ以下に制限される。
【００４２】
減算器３６は、電流指令値ＩｉｒＬと電流検出器ＣＤ１の出力信号Ｉｉｆとの偏差ΔＩｉ＝Ｉｉｒ−Ｉｉｆを求める。電圧制御部３７は、偏差ΔＩｉに比例する値と、偏差ΔＩｉの積分値に比例する値とを加算して電圧指令値Ｖｉｃを生成する。
【００４３】
停電検出器３８は、商用交流電源１１（図１）から供給される交流電圧Ｖｉに基づいて商用交流電源１１が健全か否かを判定し、判定結果を示す信号φ３８を出力する。交流電圧Ｖｉが下限値ＶｉＬよりも高い場合は、商用交流電源１１が健全であると判定され、信号φ３８は「Ｈ」レベルにされる。交流電圧Ｖｉが下限値ＶｉＬよりも低下した場合は、商用交流電源１１の停電が発生したと判定され、信号φ３８は「Ｌ」レベルにされる。
【００４４】
ＰＷＭ制御部３９は、信号φ３８が「Ｈ」レベルである場合は、電圧指令値Ｖｉｃと三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号φ３９を生成し、コンバータ１に与える。コンバータ１は、ＰＷＭ制御信号φ３９に従って、交流電力を直流電力に変換する。
【００４５】
ＰＷＭ制御部３９は、信号φ３８が「Ｌ」レベルである場合は、ＰＷＭ制御信号φ３９を非活性化レベルの「Ｌ」レベルに固定する。この場合は、コンバータ１の運転が停止される。
【００４６】
すなわち、制御回路３０は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように電流指令値Ｉｉｒを生成し、電流指令値Ｉｉｒ，Ｉｏｒの和が上限値Ｉｈを超えないように電流指令値Ｉｉｒを制限して電流指令値ＩｉｒＬを生成し、電流検出器ＣＤ１の検出値Ｉｉが電流指令値ＩｉｒＬになるようにコンバータ１を制御する。このため、コンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの和が上限値ＰｏＨの２倍の電力２×ＰｏＨ以下になるようにコンバータ１が制御される。
【００４７】
図５は、制御装置８のうちの双方向チョッパ４の昇圧制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図５において、制御装置８は制御回路４０（第３の制御回路）を含み、制御回路４０は、電流制御部４１、減算器４２、電圧制御部４３、およびＰＷＭ制御部４４を有する。
【００４８】
電流制御部４１、減算器３３（図４）からの偏差ΔＶＤＣに比例する値と、偏差ΔＶＤＣの積分値に比例する値とを加算して電流指令値Ｉｂｒ（第４の電流指令値）を求める。減算器４２は、電流指令値Ｉｂｒと電流検出器ＣＤ２の出力信号Ｉｂｆとの偏差ΔＩｂ＝Ｉｂｒ−Ｉｂｆを求める。電圧制御部４３は、偏差ΔＩｂに比例する値と、偏差ΔＩｂの積分値に比例する値とを加算して電圧指令値ＶＤＣｃを生成する。
【００４９】
ＰＷＭ制御部４４は、電圧指令値ＶＤＣｃと三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号φ４４を生成し、双方向チョッパ４に与える。これにより、双方向チョッパ４の昇圧動作が実行され、バッテリ１２から双方向チョッパ４を介して直流ライン２に電流が流れ、バッテリ１２が放電される。
【００５０】
すなわち、制御回路４０は、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように電流指令値Ｉｂｒを生成し、電流検出器ＣＤ２の検出値Ｉｂが電流指令値Ｉｂｒになるように双方向チョッパ４を制御する。このため、コンバータ１の入力電力Ｐｉと、バッテリ１２から双方向チョッパ４を介して直流ライン２に供給される電力Ｐｂとの和がインバータ５の出力電力Ｐｏとなる。
【００５１】
図６は、制御装置８のうちの双方向チョッパ４の降圧制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図６において、制御装置８は制御回路５０を含み、制御回路５０は、参照電圧生成部５１、電圧検出器５２、減算器５３，５５、電流制御部５４、電圧制御部５６、およびＰＷＭ制御部５７を有する。
【００５２】
参照電圧生成部５１は、バッテリ１２の定格電圧である参照バッテリ電圧ＶＢｒを生成する。電圧検出器５２は、バッテリ１２の端子間電圧ＶＢを検出し、検出値を示す信号ＶＢｆを生成する。減算器５３は、参照バッテリ電圧ＶＢｒと電圧検出器５２の出力信号ＶＢｆとの偏差ΔＶＢ＝ＶＢｒ−ＶＢｆを求める。電流制御部５４は、偏差ΔＶＢに比例する値と、偏差ΔＶＢの積分値に比例する値とを加算して電流指令値Ｉｂｒを求める。
【００５３】
減算器５５は、電流指令値Ｉｂｒと電流検出器ＣＤ２の出力信号Ｉｂｆとの偏差ΔＩｂ＝Ｉｂｒ−Ｉｂｆを求める。電圧制御部５６は、偏差ΔＩｂに比例する電圧指令値ＶＢｃを生成する。ＰＷＭ制御部５７は、停電検出器３８（図４）の出力信号φ３８が「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源１１の健全時）に活性化され、電圧指令値ＶＢｃと三角波信号とを比較してＰＷＭ制御信号φ５７を生成し、双方向チョッパ４に与える。
【００５４】
これにより、双方向チョッパ４の降圧動作が実行され、直流ライン２から双方向チョッパ４を介してバッテリ１２に電流Ｉｂが流れ、バッテリ１２が充電される。ＰＷＭ制御部５７は、停電検出器３８（図４）の出力信号φ３８が「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源１１の停電時）には非活性化され、ＰＷＭ制御信号φ５７を非活性化レベルの「Ｌ」レベルに固定する。
【００５５】
次に、図１〜図６に示した無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、商用交流電源１１からの交流電力がコンバータ１によって直流電力に変換され、双方向チョッパ４を介してバッテリ１２に蓄えられるとともに、インバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００５６】
バッテリ１２が定格電圧（参照バッテリ電圧ＶＢｒ）に充電された後には、コンバータ１からバッテリ１２に供給される直流電力は、コンバータ１からインバータ５に供給される直流電力と比べて十分に小さくなる。したがって、上記通常時には、コンバータ１の入力電力Ｐｉは、インバータ５の出力電力Ｐｏに略等しくなる。
【００５７】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、コンバータ１からインバータ５に直流電力が供給されるとともに、バッテリ１２の直流電力が双方向チョッパ４を介してインバータ５に供給される。コンバータ１および双方向チョッパ４からの直流電力はインバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００５８】
このとき、上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏだけコンバータ１の入力電力Ｐｉが減少されるとともに、その差の電力ΔＰｏだけ双方向チョッパ４の入力電力Ｐｂが増大される。したがって、過負荷時には、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）は上限値ＰｏＨの２倍の電力２×ＰｏＨに維持される。このため冷却器６（図１、図２）の冷却能力（すなわちサイズ）を小さく抑制することができる。
【００５９】
商用交流電源１１の停電時には、コンバータ１の運転が停止され、バッテリ１２の直流電力が双方向チョッパ４を介してインバータ５に供給され、交流電力に変換されて負荷１３に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ１２の直流電力によって負荷１３の運転を継続することができる。
【００６０】
図７は、実施の形態１の効果を説明するための図である。図７では、負荷１３の消費電力ＰＬを横軸に示し、インバータ５の出力電力Ｐｏ、コンバータ１の入力電力Ｐｉ、および双方向チョッパ４の入力電力（すなわちバッテリ１２の出力電力）Ｐｂの各々を縦軸に示している。また、インバータ５の出力電力Ｐｏの上限値ＰｏＨに相当する電力を１００（％）としている。インバータ５は、１５０（％）の電力を出力する能力を有するものとする。
【００６１】
インバータ５の出力電力Ｐｏは、負荷１３の消費電力ＰＬと等しい。負荷１３の消費電力ＰＬが０（％）から１５０（％）まで増大すると、インバータ５の出力電力Ｐｏは０（％）から１５０（％）まで増大する。
【００６２】
負荷１３の消費電力ＰＬが０〜１００（％）である場合には、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏと負荷１３の消費電力ＰＬとは等しい。負荷１３の消費電力Ｐｏが０（％）から１００（％）まで増大すると、コンバータ１の入力電力Ｐｉおよびインバータ５の出力電力Ｐｏの各々は０（％）から１００（％）まで増大する。
【００６３】
負荷１３の消費電力ＰＬが１００〜１５０（％）である場合には、インバータ５の出力電力Ｐｏの上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏだけコンバータ１の入力電力Ｐｉが減少されるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけ双方向チョッパ４の入力電力Ｐｂが増大される。
【００６４】
したがって、負荷１３の消費電力ＰＬが１００（％）から１５０（％）まで増大しても、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）は２００（％）の電力２×ＰｏＨに維持される。このため、本実施の形態１では、Ｐｉ＋Ｐｏ＝２００（％）であるときにコンバータ１およびインバータ５で発生する熱を放散させるサイズの冷却器６を設ければよい。
【００６５】
図８は、比較例を示す図であって、図７と対比される図である。図８を参照して、この比較例が実施の形態１と異なる点は、負荷１３の消費電力ＰＬが１００〜１５０（％）である場合には、コンバータ１の入力電力Ｐｉが１００（％）に維持され、不足分の電力Ｐｏ−Ｐｉが双方向チョッパ４から供給される点である。
【００６６】
したがって、負荷１３の消費電力ＰＬが１００（％）から１５０（％）まで増大すると、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）は２００（％）から２５０（％）まで増大する。このため比較例では、Ｐｉ＋Ｐｏ＝２５０（％）であるときにコンバータ１およびインバータ５で発生する熱を放散させるサイズの冷却器を設ける必要がある。したがって、比較例の冷却器のサイズは、本実施の形態１の冷却器６のサイズの２５０／２００＝５／４倍になる。
【００６７】
以上のように、この実施の形態１では、インバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた場合には、インバータ５の出力電力Ｐｏの上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏだけコンバータ１の入力電力Ｐｉを減少させるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけ双方向チョッパ４の入力電力Ｐｂを増大させる。したがって、コンバータ１の入力電力Ｐｂを上限値ＰｏＨ以下に制限することができる。また、過負荷時であっても、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）を２×ＰｏＨ以下に維持できるので、冷却器６の小型化を図ることができる。
【００６８】
[実施の形態２]
図９は、この発明の実施の形態２による無停電電源装置の構成を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図９を参照して、この無停電電源装置が図１の無停電電源装置と異なる点は、入力端子Ｔ１が直流電源６１に接続され、コンバータ１がＤＣ−ＤＣ変換器６２で置換され、制御装置８が制御装置８Ａで置換されている点である。
【００６９】
直流電源６１（第１の電源）は、たとえば燃料電池であって、直流電力を生成して入力端子Ｔ１に出力する。直流電源６１から供給される直流電圧ＶＩの瞬時値は制御装置８Ａによって検出される。電流検出器ＣＤ１は、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置８Ａに出力する。
【００７０】
制御装置８Ａは、直流電圧ＶＩ、交流出力電圧Ｖｏ、直流電圧ＶＤＣ、バッテリ電圧ＶＢ、交流入力電流Ｉｉ、直流電流Ｉｂ、交流電流Ｉｏに基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器６２、双方向チョッパ４、およびインバータ５の各々を制御する。
【００７１】
ＤＣ−ＤＣ変換器６２（第１の電力変換器）は、制御装置８Ａによって制御され、直流電源６１から供給される直流電圧ＶＩの直流電力を参照直流電圧ＶＤＣｒの直流電力に変換して直流ライン２に出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器６２は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。ＤＣ−ＤＣ変換器６２の直流入力電流Ｉｉは、制御可能になっている。
【００７２】
直流電源６１から直流電力が正常に供給されている場合（直流電源６１の健全時）においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の直流入力電流Ｉｉが制御される。
【００７３】
直流電源６１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、インバータ５の出力電力Ｐｏと上限値ＰｏＨの差の電力ΔＰｏ＝Ｐｏ−ＰｏＨだけＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉが減少するように、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の直流入力電流Ｉｉが減少される。直流電源６１からの直流電力の供給が停止された場合（直流電源６１の停電時）には、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の運転は停止される。
【００７４】
冷却器６は、ＤＣ−ＤＣ変換器６２およびインバータ５に共通に設けられ、ＤＣ−ＤＣ変換器６２およびインバータ５で発生する熱を空気中に放散させる。冷却器６、ＤＣ−ＤＣ変換器６２、およびインバータ５は、一体のユニットを構成している。
【００７５】
次に、図９に示した無停電電源装置の動作について説明する。直流電源６１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、直流電源６１からの直流電力がＤＣ−ＤＣ変換器６２によって参照直流電圧ＶＤＣｒの直流電力に変換され、双方向チョッパ４を介してバッテリ１２に蓄えられるとともに、インバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００７６】
バッテリ１２が定格電圧（参照バッテリ電圧ＶＢｒ）に充電された後には、ＤＣ−ＤＣ変換器６２からバッテリ１２に供給される直流電力は、ＤＣ−ＤＣ変換器６２からインバータ５に供給される直流電力と比べて十分に小さくなる。したがって、上記通常時には、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉは、インバータ５の出力電力Ｐｏに略等しくなる。
【００７７】
直流電源６１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、ＤＣ−ＤＣ変換器６２からインバータ５に直流電力が供給されるとともに、バッテリ１２の直流電力が双方向チョッパ４を介してインバータ５に供給される。ＤＣ−ＤＣ変換器６２および双方向チョッパ４からの直流電力はインバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００７８】
このとき、上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−ＰｏだけＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉが減少されるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけ双方向チョッパ４の入力電力Ｐｂが増大される。したがって、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）は上限値ＰｏＨの２倍の電力に維持される。このため冷却器６の冷却能力（すなわちサイズ）を小さく抑制することができる。
【００７９】
直流電源６１の停電時には、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の運転が停止され、バッテリ１２の直流電力が双方向チョッパ４を介してインバータ５に供給され、交流電力に変換されて負荷１３に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ１２の直流電力によって負荷１３の運転を継続することができる。
【００８０】
以上のように、この実施の形態２では、インバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた場合には、インバータ５の出力電力Ｐｏの上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−ＰｏだけＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉを減少させるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけ双方向チョッパ４の入力電力Ｐｂを増大させる。したがって、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉを上限値ＰｏＨ以下に制限することができる。また、ＤＣ−ＤＣ変換器６２の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）を２×ＰｏＨ以下に維持できるので、冷却器６の小型化を図ることができる。
【００８１】
[実施の形態３]
図１０は、この発明の実施の形態３による無停電電源装置の構成を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図１０を参照して、この無停電電源装置が図１の無停電電源装置と異なる点は、バッテリ端子Ｔ２、双方向チョッパ４、および制御装置８がそれぞれ交流端子Ｔ４、コンバータ７１、および制御装置８Ｂで置換され、交流端子Ｔ４が交流発電機７２に接続されている点である。
【００８２】
交流発電機７２（第２の電源）は、交流電力を生成して交流端子Ｔ４に出力する。交流発電機７２から出力される交流電圧Ｖａの瞬時値は制御装置８Ｂによって検出される。電流検出器ＣＤ２は、コンバータ７１の入力電流Ｉａを検出し、その検出値を示す信号Ｉａｆを制御装置８Ｂに出力する。
【００８３】
制御装置８Ｂは、直流電圧ＶＩ、交流出力電圧Ｖｏ、直流電圧ＶＤＣ、交流電圧Ｖａ、交流入力電流Ｉｉ、交流電流Ｉａ、交流出力電流Ｉｏに基づいて、コンバータ１，７１およびインバータ５の各々を制御する。
【００８４】
コンバータ７１（第２の電力変換器）は、制御装置８Ｂによって制御され、交流発電機７２からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン２に出力する。コンバータ７１は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。コンバータ７１の交流入力電流Ｉａは、制御可能になっている。冷却器７は、コンバータ７１で発生する熱を放散させる。
【００８５】
商用交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源１１の健全時）においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、コンバータ１の交流入力電流Ｉｉが制御される。この場合、コンバータ７１の入力電流Ｉａが０になるようにコンバータ７１が制御される。
【００８６】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、インバータ５の出力電力Ｐｏと上限値ＰｏＨの差の電力ΔＰｏ＝Ｐｏ−ＰｏＨだけコンバータ１の入力電力Ｐｉが減少するように、コンバータ１の交流入力電流Ｉｉが減少されるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×Ｐｏだけコンバータ７１の入力電力Ｐａが増大するように、コンバータ７１の交流入力電流Ｉａが増大される。
【００８７】
商用交流電源１１からの交流電力の供給が停止された場合（商用交流電源１１の停電時）には、コンバータ１の運転が停止されるとともに、直流ライン２の直流電圧ＶＤＣが参照直流電圧ＶＤＣｒになるように、コンバータ７１の交流入力電流Ｉａが制御される。
【００８８】
次に、図１０に示した無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨよりも小さい通常時には、商用交流電源１１からの交流電力がコンバータ１によって直流電力に変換され、インバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００８９】
商用交流電源１１の健全時においてインバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた過負荷時には、コンバータ１，７１の両方からインバータ５に直流電力が供給される。コンバータ１，７１からの直流電力はインバータ５によって交流電力に変換されて負荷１３に供給される。
【００９０】
このとき、上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏだけコンバータ１の入力電力Ｐｉが減少されるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけコンバータ７１の入力電力Ｐａが増大される。したがって、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）は上限値ＰｏＨの２倍の電力２×ＰｏＨに維持される。このため冷却器６の冷却能力（すなわちサイズ）を小さく抑制することができる。
【００９１】
商用交流電源１１の停電時には、コンバータ１の運転が停止され、コンバータ７１によって生成された直流電力がインバータ５に供給され、交流電力に変換されて負荷１３に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、交流発電機７２の交流電力によって負荷１３の運転を継続することができる。
【００９２】
以上のように、この実施の形態３では、インバータ５の出力電力Ｐｏが上限値ＰｏＨを超えた場合には、インバータ５の出力電力Ｐｏの上限値ＰｏＨとインバータ５の出力電力Ｐｏとの差の電力ΔＰｏ＝ＰｏＨ−Ｐｏだけコンバータ１の入力電力Ｐｉを減少させるとともに、その差の電力ΔＰｏの２倍の電力２×ΔＰｏだけコンバータ７１の入力電力Ｐａを増大させる。したがって、コンバータ１の入力電力Ｐｉを上限値ＰｏＨ以下に制限することができる。また、コンバータ１の入力電力Ｐｉとインバータ５の出力電力Ｐｏとの和の電力（Ｐｉ＋Ｐｏ）を２×ＰｏＨ以下に維持できるので、冷却器６の小型化を図ることができる。
【００９３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９４】
Ｔ１  入力端子、Ｔ２  バッテリ端子、Ｔ３  出力端子、Ｔ４  交流端子、ＣＤ１〜ＣＤ３  電流検出器、１，７１  コンバータ、２  直流ライン、３  コンデンサ、４  双方向チョッパ、５  インバータ、６，７  冷却器、６ａ  平板部、６ｂ  放熱フィン、８，８Ａ，８Ｂ  制御装置、１５  基板、２０，３０，４０，５０  制御回路、２１，３１，５１  参照電圧生成部、２２，３２，５２  電圧検出器、２３，２５，３３，３６，４２，５３，５５  減算器、２４，３４，４１，５４  電流制御部、２６，３７，４３，５６  電圧制御部、２７，３９，４４，５７  ＰＷＭ制御部、３５  リミッタ、３８  停電検出器、６１  直流電源、６２  ＤＣ−ＤＣ変換器、７２  交流発電機。
【図１】
2019180784.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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2019180784.tif 000014
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