(57)【要約】【課題】インバータ装置の周囲の温度等により、母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ること。【解決手段】２つの母線を有するインバータ部１４と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部１５と、を備えるインバータ装置１６であって、補正部１５は、インバータ装置１６の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部１２と、分圧電圧値、電源線１１の電圧である電源電圧値、周囲温度検知信号を入力とする演算機７と、を備え、演算機７は、周囲温度検知信号等に応じた母線電圧補正係数を記憶し、分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と母線電圧補正係数を乗算することで母線電圧値を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
前記補正部は、
前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、
前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、
前記演算機は、
前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、
前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
前記補正部は、
前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、
前記インバータ装置の電源線に接続された負荷の運転状態が検知されて生成された各負荷検知信号が入力される各負荷検知信号入力部と、
前記分圧電圧値、前記電源線の電圧である電源電圧値、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号を入力とする演算機と、を備え、
前記演算機は、
前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号に応じた補正係数を記憶し、
前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
【請求項３】
２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、
前記補正部は、
差動入力の正入力端子に電源線の電圧である電源電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に予め設定された基準電圧値が入力される第１のオペアンプ、及び差動入力の正入力端子に前記基準電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に前記電源電圧値が入力される第２のオペアンプを有し、この第１のオペアンプと第２のオペアンプの出力を出力とする誤差検知部と、
前記分圧電圧値、前記電源電圧値及び前記誤差検知部の２つの出力を入力とする演算機と、を備え、
前記演算機は、
前記電源電圧値と前記基準電圧値に応じた算出式を用いて補正係数を算出し、
前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な負荷に電力を供給するインバータ装置が広く知られ、普及している。インバータ装置では、母線間に抵抗を直列に接続し、分圧した電圧値を演算機（例えばマイコン）に入力し、予め設定した増幅値（母線電圧ゲイン）を利用して演算することで、母線電圧値をインバータ装置の制御や、インバータ装置内の回路保護などに利用している。ここで、「母線電圧」とは、交流電源からブリッジダイオード及び平滑コンデンサにより整流され、平滑されて生成した直流電圧をいう。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「直流母線電流、直流母線電圧、及び外部から与えられる角速度指令値に基づいて出力電圧ベクトルＶｓを演算する出力電圧ベクトル演算手段と、前記出力電圧ベクトルＶｓに基づいて出力電圧ベクトルＶｓ’及びＶｓ’’を生成し、前記出力電圧ベクトルＶｓ’に隣接する大きさが非零の２つの基本電圧ベクトルの１／２ＰＷＭ周期当たりの出力時間の各々が所定時間ＴＭＩＮ以上となるように出力時間の管理を行う出力時間管理手段とを備えたインバータ制御部を設けた」３相電圧型ＰＷＭインバータ制御装置において、「直流電圧検出回路６は、コンバータ２の出力側である直流母線ＰＮ間の直流電圧を分圧してインバータ制御部７内のＡ／Ｄ変換回路９に出力する」ことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、例えばインバータ装置の周囲の温度や電源電力により駆動される負荷（電源負荷）の変動によって電源の出力電圧が変動し、演算機が認識する母線電圧値にばらつきが生じ、演算機が認識する母線電圧値と実際の母線電圧とが異なるものとなってしまう、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータ装置の周囲の温度等が変動することで電源電圧が変動し、認識される母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のインバータ装置は、２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インバータ装置の周囲の温度等が変動することで電源電圧が変動し、認識される母線電圧値にばらつきが生じても補正することが可能なインバータ装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態２にかかるインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施の形態２にかかるインバータ装置の誤差検知部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。図１に示すインバータ装置１６は、交流電源１と回転機器１０の間に配され、インバータ部１４及び補正部１５を備える。インバータ部１４は、ダイオードブリッジ２、主回路コンデンサ４、母線５、抵抗６ａ，６ｂ及びスイッチング素子群９を備える。補正部１５は、演算機７、電圧変換機８、周囲温度検知信号入力部１２及び各負荷検知信号入力部１３を備える。
【００１２】
図１では、交流電源１として単相交流電源を示しているがこれに限定されるものではなく、三相交流電源を用いてもよい。ダイオードブリッジ２は、４つのダイオード素子がブリッジ接続して構成されている整流回路である。主回路コンデンサ４は、主回路であるインバータ部１４が備えるコンデンサである。電圧変換機８は、各部品に適切な電圧を供給する変換機である。スイッチング素子群９は、６つのスイッチング素子及びダイオード素子によりインバータを構成している。回転機器１０は、スイッチング素子群９から供給される電力によって回転運動を行う機器である。ただし、これに限定されず、他の負荷であってもよい。周囲温度検知信号入力部１２は、インバータ装置１６の周囲温度を検知するセンサ等（図示しない）からの信号が入力される部分であり、演算機７は周囲温度検知信号入力部１２からの信号によりインバータ装置１６の周囲温度を認識する。各負荷検知信号入力部１３は、インバータ装置１６内の各負荷の動作状態等の情報を示す信号が入力される部分であり、演算機７は各負荷検知信号入力部１３からの信号により各負荷の動作状態を認識する。
【００１３】
インバータ装置１６では、交流電源１からの交流がダイオードブリッジ２により整流されて主回路コンデンサ４により平滑され、接地３の電位を基準とした直流電圧の母線電圧が生成され、この母線電圧によって電圧変換機８が駆動される。電圧変換機８は、例えば演算機７を駆動する。演算機７には、電源線１１から電源電圧Ｖｄｄが供給され、スイッチング素子群９は、演算機７によって駆動されて回転機器１０を回転させる。
【００１４】
インバータ装置１６は、主回路コンデンサ４とインバータ素子群９の間に、直列接続された抵抗６ａ，６ｂを備える。抵抗６ａ，６ｂの間に演算機７が接続されることで演算機７には分圧された電圧が入力される。入力された電圧はＡ／Ｄ変換されてＶＡＤとして算出される。演算機７は、この算出値ＶＡＤの整数値であるｉｎｔ（ＶＡＤ）に補正係数Ｇｄｃを乗じた値Ｇｄｃ・ｉｎｔ（ＶＡＤ）を母線電圧値として認識する。ここで、電源線１１の電源電圧Ｖｄｄが演算機７における電源線１１の電源電圧の想定値からずれていると、演算機７が想定した値ＶＡＤにずれが生じ、演算機７が認識する母線電圧値Ｇｄｃ・ｉｎｔ（ＶＡＤ）にもずれを生じる。そのため、実際の母線電圧値と演算機７が認識する母線電圧値に誤差を生じてしまう。このような電源線１１の電源電圧Ｖｄｄに生じるずれは、インバータ装置１６の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源１から供給される電力のばらつきなどに起因するものである。
【００１５】
そこで、本発明においては、さらに、ばらつき補正係数Ｇｃｒを導入して、演算機７が認識する母線電圧値をＧｄｃ・Ｇｃｒ・ｉｎｔ（ＶＡＤ）とする。ばらつき補正係数Ｇｃｒは、インバータ装置１６の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源１から供給される電力などによって決まる。これらのばらつき補正係数Ｇｃｒに影響する因子は、例えば図１に示すように周囲温度検知信号入力部１２と各負荷検知信号入力部１３から演算機７に入力されている。ばらつき補正係数Ｇｃｒは、インバータ装置１６の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源１から供給される電力などの因子との関係について、テーブルデータとして演算機７内のメモリ（図示しない）に記憶されていればよい。このように、ばらつき補正係数Ｇｃｒを導入すると、実際の母線電圧値と演算機７が認識する母線電圧値の間に生じる誤差を小さくすることができる。
【００１６】
なお、演算機７は、例えばマイコン等により構成されるため、上記したように演算機７が認識する母線電圧値は整数値ｉｎｔ（ＶＡＤ）である。（実際の）母線電圧値Ｖｒと、抵抗６ａの抵抗値Ｒａと、抵抗６ｂの抵抗値Ｒｂと、電源電圧Ｖｄｄと、演算機７の分解能（電圧値）Ｖｒｅｓと、を用いると、ｉｎｔ（ＶＡＤ）は、{Ｖｒ＊（Ｒｂ／Ｒａ＋Ｒｂ）}／（Ｖｄｄ／Ｖｒｅｓ）により算出され、この算出値の小数点第一位を四捨五入して得られた整数値である。
【００１７】
なお、抵抗６ａの抵抗値Ｒａと、抵抗６ｂの抵抗値Ｒｂと、演算機７が想定している電源電圧値Ｖｄｄ’と、演算機７の分解能（電圧値）Ｖｒｅｓと、を用いると、補正係数Ｇｄｃは、{（Ｒａ＋Ｒｂ）／Ｒｂ）}＊（Ｖｄｄ’／Ｖｒｅｓ）で算出される値である。
【００１８】
次に、図１に示すインバータ装置１６において、ばらつき補正係数Ｇｃｒを用いて演算機７が認識する母線電圧値を算出する手順について説明する。
【００１９】
演算機７には、周囲温度検知信号入力部１２から周囲温度検知信号が入力され、各負荷検知信号入力部１３から負荷パターンが入力されている。周囲温度検知信号入力部１２は、例えばサーミスタに接続されており、サーミスタにより取得した周囲温度を演算機７に認識させることができる。なお、サーミスタがインバータ装置１６に複数設けられ、複数のサーミスタから演算機７に周囲温度検知信号が入力される構成であってもよい。
【００２０】
各負荷検知信号入力部１３は例えばインバータ装置１６が備えるファンに接続されており、このファンがオンしているか否かを演算機７に認識させることができる。各負荷検知信号入力部１３はインバータ装置１６が備えるその他の部品にも接続されていてもよい。各負荷検知信号入力部１３は、ファン及びその他の部品のオンオフを演算機７に認識させることができる。
【００２１】
このように周囲温度検知信号入力部１２と各負荷検知信号入力部１３を用いることで、インバータ装置１６の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源１から供給される電力などの因子とばらつき補正係数Ｇｃｒの関係を演算機７内のメモリにテーブルデータとして記憶させる。演算機７が母線電圧を認識するときには、このテーブルデータを参照すればよい。動作時には、周囲温度検知信号入力部１２や各負荷検知信号入力部１３からの信号または信号の変化によってインバータ装置１６の温度範囲、電源電圧の負荷パターン、交流電源１から供給される電力などの因子の変化を検知すると、演算機７は演算機７内のメモリを参照してばらつき補正係数Ｇｃｒの値を更新する。
【００２２】
このようにして、周囲温度等に応じてばらつき補正係数Ｇｃｒを更新するので、実際の母線電圧値と演算機７が認識する母線電圧値の間に生じる誤差を小さくすることができる。換言すると、演算機７が認識する母線電圧値を正確な値に近づけることができる。そのため、インバータ出力時に適切な変調率を設定することができ、回転機器１０を効率よく回転させることが可能となる。
【００２３】
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記インバータ装置の電源線に接続された負荷の運転状態が検知されて生成された各負荷検知信号が入力される各負荷検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記電源線の電圧である電源電圧値、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号及び前記各負荷検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
【００２４】
なお、本実施の形態では、各負荷検知信号入力部を備える構成について説明したが、本発明のインバータ装置は、各負荷検知信号入力部を備えていなくてもよい。インバータ装置が各負荷検知信号入力部を備えていない場合には、インバータ装置の周囲温度が検知されて生成されて周囲温度検知信号入力部から入力された周囲温度検知信号のみを用いればよい。
【００２５】
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、前記インバータ装置の周囲温度が検知されて生成された周囲温度検知信号が入力される周囲温度検知信号入力部と、前記分圧電圧値、前記インバータ装置の電源線の電圧である電源電圧値及び前記周囲温度検知信号を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記周囲温度検知信号に応じた補正係数を記憶し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出する構成であってもよい。
【００２６】
本実施の形態のインバータ装置では、インバータ装置の周囲の温度や電源負荷が変動することで電源電圧が変動し、母線電圧にばらつきが生じても補正することが可能である。そのため、例えば演算機が設けられている場合には、この演算機が認識する母線電圧値と実際の母線電圧値のずれが小さくなり、インバータ出力を安定させ、演算機を構成するマイコン等が母線電圧値を認識することで保護できる母線電圧値の低下や過電圧となることを認識してインバータ動作を停止する等といった保護が、正しく検知できなくなることを防止することができる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では、製品の機種及び出荷先によって補正係数Ｇｃｒのテーブルデータの内容が変わるため、製品の機種ごとまたは出荷先ごとにテーブルデータを作成する必要がある。本実施の形態では、自動で誤差を検知して条件ごとの電源電圧を把握することが可能な形態について説明する。
【００２８】
図２は、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。図２に示すインバータ装置１６ａは、インバータ部１４と補正部１５ａを備え、補正部１５ａには周囲温度検知信号入力部１２と各負荷検知信号入力部１３に代えて誤差検知部１７の２つの出力部２５ａ，２５ｂが接続されている。
【００２９】
図３は、誤差検知部１７の構成を示す図である。図３に示す誤差検知部１７は、抵抗１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ及びオペアンプ２３ａ，２３ｂを備え、電源線１１の電源電圧Ｖｄｄと端子１８から入力される基準電圧Ｖａの差動増幅回路であり、出力は演算機７に入力される。なお、誤差検知部１７は接地２４により接地されている。誤差検知部１７のオペアンプ２３ａ側から出力される電圧をＶｏ＿ｍとし、オペアンプ２３ｂ側から出力される電圧をＶｏ＿ｎとする。なお、抵抗１９ａの抵抗値をＲ１＿ｍ、抵抗１９ｂの抵抗値をＲ１＿ｎ、抵抗２０ａの抵抗値をＲ２＿ｍ、抵抗２０ｂの抵抗値をＲ２＿ｎ、抵抗２１ａの抵抗値をＲ３＿ｍ、抵抗２１ｂの抵抗値をＲ３＿ｎ、抵抗２２ａの抵抗値をＲ４＿ｍ、抵抗２２ｂの抵抗値をＲ４＿ｎとすると、Ｒ１＿ｍ＝Ｒ３＿ｍ、Ｒ２＿ｍ＝Ｒ４＿ｍ、Ｒ１＿ｎ＝Ｒ３＿ｎ、Ｒ２＿ｎ＝Ｒ４＿ｎである。
【００３０】
基準電圧Ｖａは、電源電圧Ｖｄｄとは異なる電圧とする。基準電圧Ｖａは、負荷がほとんどなく、負荷変動も生じず、また、負荷がほとんどないために周囲温度に依存しない高精度な電圧とする。
【００３１】
Ｖａ＞Ｖｄｄである場合には、Ｖｏ＿ｍ＞０［Ｖ］且つＶｏ＿ｎ＝０［Ｖ］であり、Ｖｏ＿ｍ＝Ｇａ＿ｍ・（Ｖｄｄ−Ｖａ）である。ここで、Ｇａ＿ｍ＝Ｒ２＿ｍ／Ｒ１＿ｍ＝Ｒ４＿ｍ／Ｒ３＿ｍである。演算機７における電源線１１の電源電圧Ｖｄｄの想定値を５Ｖとすると、母線電圧ゲインＧｄｃにおける補正係数の計算式はＧｄｃ・（Ｖｄｄ／５）となり、補正係数Ｇｃｒ＝Ｖｄｄ／５＝{Ｖｏ＿ｍ／（Ｇａ＿ｍ＋Ｖａ）}／５となる。
【００３２】
または、Ｖａ＜Ｖｄｄである場合には、Ｖｏ＿ｎ＞０［Ｖ］且つＶｏ＿ｍ＝０［Ｖ］であり、Ｖｏ＿ｎ＝Ｇａ＿ｎ・（Ｖａ−Ｖｄｄ）である。ここで、Ｇａ＿ｎ＝Ｒ２＿ｎ／Ｒ１＿ｎ＝Ｒ４＿ｎ／Ｒ３＿ｎである。演算機７における電源線１１の電源電圧Ｖｄｄの想定値を５Ｖとすると、母線電圧ゲインＧｄｃにおける補正係数の計算式はＧｄｃ・（Ｖｄｄ／５）となり、補正係数Ｇｃｒ＝Ｖｄｄ／５＝{（Ｖａ−Ｖｏ＿ｎ）／Ｇａ＿ｎ）}／５となる。
【００３３】
または、Ｖａ＝Ｖｄｄである場合には、Ｖｏ＿ｍ＝Ｖｏ＿ｎであり、演算機７における電源線１１の電源電圧Ｖｄｄの想定値を５Ｖとすると、補正係数Ｇｃｒ＝５／５＝１となる。
【００３４】
演算機７は、入力値（Ｖａ，Ｖｄｄ）から上記の場合分けを行い、適切な式を選択して補正係数Ｇｃｒを算出する。そして、補正係数Ｇｃｒを用いて母線電圧値をＧｄｃ・Ｇｃｒ・ｉｎｔ（ＶＡＤ）として算出する。
【００３５】
なお、オペアンプ２３ａ，２３ｂは、誤差検知部１７ではなく、演算機７内に設けられていてもよい。
【００３６】
すなわち、本実施の形態のインバータ装置は、２つの母線を有するインバータ部と、この２つの母線間の母線電圧値を分圧した分圧電圧値が入力される演算機を有する補正部と、を備えるインバータ装置であって、前記補正部は、差動入力の正入力端子に電源線の電圧である電源電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に予め設定された基準電圧値が入力される第１のオペアンプ、及び差動入力の正入力端子に前記基準電圧値が入力され、差動入力の負入力端子に前記電源電圧値が入力される第２のオペアンプを有し、この第１のオペアンプと第２のオペアンプの出力を出力とする誤差検知部と、前記分圧電圧値、前記電源電圧値及び前記誤差検知部の２つの出力を入力とする演算機と、を備え、前記演算機は、前記電源電圧値と前記基準電圧値に応じた算出式を用いて補正係数を算出し、前記分圧電圧値から推定した推定母線電圧値と前記補正係数を乗算することで前記母線電圧値を算出することを特徴とする。
【００３７】
本実施の形態にて説明したように、電源電圧Ｖｄｄと基準電圧Ｖａの大小関係により演算機７内の算出式を切り替えて補正係数を算出することで、周囲温度及び電源負荷による電源電圧のばらつきを演算機７で検知して母線電圧ゲインを自動で補正することができ、実施の形態１におけるサーミスタ等のセンサが不要となり、小型且つ低コストで母線電圧ゲインの補正を行えるインバータ装置を実現することができる。また、製品の機種及び出荷先ごとにテーブルデータを作成する必要性がなく、製品の機種ごと及び出荷先ごとのカスタマイズが不要であり、回路の標準化が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、母線電圧のばらつきが生じやすい環境下のインバータ装置に有用である。
【符号の説明】
【００３９】
１  交流電源、２  ダイオードブリッジ、３  接地、４  主回路コンデンサ、５  母線、６ａ，６ｂ  抵抗、７  演算機、８  電圧変換機、９  スイッチング素子群、１０  回転機器、１１  電源線、１２  周囲温度検知信号入力部、１３  各負荷検知信号入力部、１４  インバータ部、１５，１５ａ  補正部、１６，１６ａ  インバータ装置、１７  誤差検知部、１８  基準電圧入力部、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ  抵抗、２３ａ，２３ｂ  オペアンプ、２４  接地、２５ａ，２５ｂ  出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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