(57)【要約】【課題】ＰＷＭ信号によって電力変換装置のスイッチング素子をオンオフした際に生じる高調波周波数のスイッチングノイズを解消するためにＰＷＭ搬送波の周波数を変化させると、出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れ、制御特性が低下する。本発明はＰＷＭ搬送波の周波数を変化させた場合における制御特性の改善を目的とする。【解決手段】ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて、電流指令値を電圧指令値に変換する際の電流制御ゲインを変化させることにより、出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れるのを抑制し、駆動される負荷に生じるトルク変動等を抑制する。また電流指令値の過度応答については、ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させ、かつ与えられた電流指令値と出力電流との偏差に応じて電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させる。【選択図】図１
2008228554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の出力をＰＷＭ変調して交流電力を出力する電力変換装置の制御装置であって、
与えられた電流指令値を電圧指令値に変換する電流制御手段と、
ＰＷＭ搬送波を発生する搬送波発生手段と、
前記電圧指令値と前記ＰＷＭ搬送波とに応じて電力変換装置に供給するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生手段と、
前記搬送波発生手段のＰＷＭ搬送波の周波数を変化させる周波数可変手段と、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させる電流制御ゲイン可変手段と、を備え、
前記搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記電流制御手段は比例制御手段であり、
前記比例制御手段の比例項を変えることによって前記電流制御ゲインを変化させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記周波数可変手段は、搬送波の周波数を周期的に変化させるものである、ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記電流制御手段から前記ＰＷＭ発生手段へ送られる電圧指令値に遅れが発生する構成においては、前記電流制御ゲイン可変手段から指令された電流制御ゲインの値を所定演算回数だけ保持し、前記電流制御手段では次の回の演算にその保持した電流制御ゲインの値を用いて電圧指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
直流電源の出力をＰＷＭ変調して交流電力を出力する電力変換装置の制御方法であって、
与えられた電流指令値を電圧指令値に変換し、
前記電圧指令値とＰＷＭ搬送波とに応じて電力変換装置に供給するＰＷＭ信号を発生し、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数を変化させ、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて、前記電流指令値を電圧指令値に変換する際の電流制御ゲインを変化させることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項６】
前記与えられた電流指令値を電圧指令値に変換する演算に比例制御を用い、比例制御における比例項を変えることによって前記電流制御ゲインを変化させることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項７】
前記搬送波の周波数を周期的に変化させることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項８】
前記ＰＷＭ搬送波に遅れが発生する構成においては、前記電流制御ゲインの値を所定演算回数だけ保持し、次の回の演算にその保持した電流制御ゲインの値を用いて電圧指令値を演算することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項９】
直流電源の出力をＰＷＭ変調して交流電力を出力する電力変換装置の制御装置であって、
与えられた電流指令値を電圧指令値に変換する電流制御手段と、
ＰＷＭ搬送波を発生する搬送波発生手段と、
前記電圧指令値と前記ＰＷＭ搬送波とに応じて電力変換装置に供給するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生手段と、
前記搬送波発生手段のＰＷＭ搬送波の周波数を変化させる周波数可変手段と、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させる電流制御ゲイン可変手段と、
前記与えられた電流指令値と前記電力変換装置の出力電流との偏差を検出する偏差検出手段と、を備え、
前記搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させ、かつ、前記偏差に応じて前記電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項１０】
前記偏差の大きさを複数に分割し、分割した各区分ごとの電流制御ゲインの上限値の平均値と下限値の平均値に応じて前記電流制御ゲインの変化範囲を設定することを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１１】
前記偏差の絶対値が所定の基準値より大きいか以下かを判別する判別手段を備え、
前記偏差の絶対値が前記基準値よりも大きい場合と以下の場合とで前記電流制御ゲインの変化範囲を変えることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１２】
前記電流指令値の変化の大きさの絶対値に対する前記偏差の大きさの絶対値の比が所定の基準値より大きいか以下かを判別する判別手段を備え、
前記電流指令値の変化の大きさの絶対値に対する前記偏差の大きさの絶対値の比が前記基準値より大きい場合と以下の場合とで前記電流制御ゲインの変化範囲を変えることを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項１３】
直流電源の出力をＰＷＭ変調して交流電力を出力する電力変換装置の制御方法であって、
与えられた電流指令値を電圧指令値に変換し、
前記電圧指令値とＰＷＭ搬送波とに応じて電力変換装置に供給するＰＷＭ信号を発生し、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数を変化させ、
前記与えられた電流指令値と前記電力変換装置の出力電流との偏差を検出し、
前記ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて、前記電流指令値を電圧指令値に変換する際の電流制御ゲインを変化させ、かつ、前記偏差に応じて前記電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１４】
前記偏差の大きさを複数に分割し、分割した各区分ごとの電流制御ゲインの上限値の平均値と下限値の平均値に応じて前記電流制御ゲインの変化範囲を設定することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項１５】
前記偏差の絶対値が所定の基準値より大きいか以下かを判別し、前記偏差の絶対値が前記基準値よりも大きい場合と以下の場合とで前記電流制御ゲインの変化範囲を変えることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項１６】
前記電流指令値の変化の大きさの絶対値に対する前記偏差の大きさの絶対値の比が所定の基準値より大きいか以下かを判別し、前記電流指令値の変化の大きさの絶対値に対する前記偏差の大きさの絶対値の比が前記基準値より大きい場合と以下の場合とで電流制御ゲインの変化範囲を変えることを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源の出力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調することにより、交流電力を出力する電力変換装置の制御装置および制御方法に関し、ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に起因する不具合の発生を防止する技術に係わる。
【背景技術】
【０００２】
パルス幅変調信号で駆動される機器（例えば、電流制御ステッピングモータ等）は、当該機器に流す電流波形のデューティ比を変える（すなわちパルス幅変調：以下、ＰＷＭと記す）ことで機器の動作を制御する構成となっている。このようなＰＷＭ制御機器の場合、ＰＷＭのパルス列で負荷の駆動電流をスイッチングするため、制御基本周波数およびその高調波周波数のスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズは、例えば車載用を考えた場合、同じ車両に搭載されている車載ラジオの聴取に対して影響を与え、聴取を困難にしたり、耳障りとなる雑音を発生したり、場合によっては車載用の他のディジタル機器の動作に悪影響を及ぼすおそれもある。  
このノイズ成分低減の方法として、下記特許文献１にステッピングモータ制御装置が開示されている。これは、電流制御ステッピングモータを制御するため上記ＰＷＭ変調された駆動電流パルス列（制御クロック）に対して、さらにこの制御クロックの周波数より低い周波数を有する正弦波で周波数変調をかけることにより、所望の周波数帯域において上記のノイズのスペクトル成分を拡散させ、車載機器への影響を低減しようとするものである。
【特許文献１】特開平７−９９７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ディジタル演算装置やディジタル回路技術が発達したことによって、ＰＷＭパターンの演算をＣＰＵ等で実行することや、ＰＷＭパターンをディジタルタイマやディジタルコンパレータ回路を用いて正確に発生できるため、複雑なＰＷＭパターンも簡単に発生できるようになっている。しかし、前記特許文献１の図１に示されている構成のように、上述のノイズ成分を減衰させるため、ＰＷＭの搬送波の周波数を周期的に変化させた電力変換装置を用いて電流制御を行う場合、電流のサンプルや制御演算などをＰＷＭ発生周期に同期して実行する装置においては、電流演算周期自体も搬送波の周波数（周期）の変化に応じて変化してしまう。そのため、搬送波周期の短いときと長いときでは電流制御特性が変化する。これにより、後記図１８に示すように出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動（Ｔｍは変化の周期）が現れる。電力変換装置の出力電流波形に変動が現れると、結果的に電力変換装置の出力によって駆動される負荷の動作に変動（例えばモータのトルク変動）を引き起こすおそれがある。  
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的はＰＷＭの搬送波の周波数を変化させた場合でも、制御特性を損なうことが無い電力変換装置の制御装置および制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するため、本発明においては、直流電源の出力をＰＷＭ変調して交流電力を出力する電力変換装置の制御装置であって、与えられた電流指令値を電圧指令値に変換する電流制御手段と、ＰＷＭ搬送波を発生する搬送波発生手段と、前記電圧指令値と前記ＰＷＭ搬送波とに応じて電力変換装置に供給するＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ発生手段と、前記搬送波発生手段のＰＷＭ搬送波の周波数を変化させる周波数可変手段と、前記ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させる電流制御ゲイン可変手段と、を備え、前記搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて前記電流制御手段における電流制御ゲインを変化させるように構成している。つまり、本発明においては、ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて、電流指令値を電圧指令値に変換する際の電流制御ゲインを変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れるのを抑制し、それによって電力変換装置によって駆動される負荷に生じるトルク変動等を抑制するように構成している。  
なお、ＰＷＭ搬送波の周波数と電流制御ゲインとの間には、後記図８で説明するように一定の関係があり、この関係は例えば一次式で近似できるので、ＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを容易に変化させることが出来る。  
また、電流指令値の過渡応答については、与えられた電流指令値と電力変換装置の出力電流との偏差を検出する偏差検出手段を設け、搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて電流制御手段における電流制御ゲインを変化させ、かつ、前記偏差に応じて前記電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形の過渡特性を改善するように構成している。
【発明の効果】
【０００５】
ＰＷＭ信号によって電力変換装置のスイッチング素子をオンオフした際に生じる高調波周波数のスイッチングノイズを解消するためにＰＷＭ搬送波の周波数を変化させると、電力変換装置の出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れるが、本発明においては、ＰＷＭの搬送波の周波数変化に応じて電流制御ゲインを変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れるのを抑制することが出来る。そのため電力変換装置によって駆動される負荷に生じるトルク変動等の不具合を解消することが出来る、という効果がある。  
また、電流指令値の過渡応答については、搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて電流制御手段における電流制御ゲインを変化させ、かつ、与えられた電流指令値と電力変換装置の出力電流との偏差に応じて前記電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形の過渡特性を改善できる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１となる電力変換装置およびその制御装置の一例を示すブロック図である。  
図１において、電力変換部２は例えばＰＷＭインバータであり、制御部６から与えられるＰＷＭ信号によって駆動され、交流電力を負荷３（例えばモータ）に供給する。電流検出部４は電力変換部２から負荷３へ流れる交流電流を検出し、制御部６へ送る。電流指令発生部５は負荷３を駆動する電流の指令信号を与えるものであり、例えば車両の場合にはアクセル作動量等に応じた電流指令値を制御部６へ送る。
【０００７】
制御部６は、電流制御部７、ＰＷＭ発生部８、搬送波発生部９、電流制御ゲイン可変部１０、周波数可変部１１から構成され、電流指令発生部５から与えられる電流指令値と電流検出部４からの電流検出値を電流制御部７で演算し、電流制御部７から電圧指令値を出力する。ＰＷＭ発生部８は電流制御部７からの電圧指令値と搬送波発生部９からの搬送波信号とを比較してＯＮ、ＯＦＦ信号のＰＷＭ信号を生成し、それを電力変換部２へ出力する。このＰＷＭ信号により電力変換部２の内部にあるスイッチング素子をオン／オフ制御することで負荷３へ交流電力を供給する。  
また、周波数可変部１１は、搬送波発生部９における搬送波の周波数を可変にし、電流制御ゲイン可変部１０は上記の搬送波の変化に応じて電流制御部７の電流制御ゲインを変化させる。
【０００８】
以下、図１内の各ブロックについて詳細に説明する。  
図２は制御部６内の電流制御部７の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電流制御部７は電流指令発生部５からの電流指令値と電流検出部４から検出された電流値との偏差を演算する演算部７１と比例制御（Ｐ制御）することで電圧指令値を出力する比例制御部７２を構成要素として備えている。そしてこの比例制御部７２における比例制御の比例項を電流制御ゲイン可変部１０からの信号に応じて変えることにより、出力する電圧指令値を搬送波の周波数変化に応じて変えるように構成している。なお、図２では電流制御部７の電流制御ゲインの例として、比例制御の比例項で行う場合を例として説明するが他の方法（例えば比例積分制御）でもよい。  
ここで電流検出部４から検出された電流値とは、例えばＰＷＭインバータから負荷であるモータに供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相（三相交流の場合）の電流値を電流検出部４で検出し、座標変換器を介してｄ軸座標、ｑ軸座標の電流に変換（三相／二相変換）した電流値である。
【０００９】
次に、図３は、制御部６内のＰＷＭ発生部８の構成を示すブロック図である。図３に示すように、ＰＷＭ発生部８は、電流制御部７から出力された電圧指令値を座標変換する座標変換部８１、その座標変換された値と搬送波発生部９からの搬送波との大小関係を比較する比較器８２とを構成要素として備えている。  
座標変換部８１は、電流制御部７から供給される電圧指令値をｄ軸座標、ｑ軸座標の値からＵ相、Ｖ相、Ｗ相の値に変換する二相／三相の座標変換を行っている。この座標変換された電圧指令値と搬送波発生部９からの搬送波信号とを比較器８２で比較し、その大小関係に応じて電力変換部２へＯＮ、ＯＦＦ信号のＰＷＭ信号（Ｖｕ＋、Ｖｕ−、Ｖｖ＋、Ｖｖ−、Ｖｗ＋、Ｖｗ−）を出力する。
【００１０】
次に、図４は、図１における電力変換部２の構成を示す回路図である。図４に示すように、電力変換部２は直流電源２１、コンデンサ２２、６個（三相交流の場合）のスイッチング素子２３を構成要素として備えている。これらのスイッチング素子２３は例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子により構成されており、ＰＷＭ発生部８の比較器８２からのＰＷＭ信号（Ｖｕ＋、Ｖｕ−、Ｖｖ＋、Ｖｖ−、Ｖｗ＋、Ｖｗ−）に従って、直流電源２１およびコンデンサ２２からなる直流電源の正極または負極を選択し、選択した電極から負荷３（モータ）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電極へ電力を供給する。  
電流検出部４はそれぞれ電力変換部２（ＰＷＭインバータ）から負荷３（モータ）に供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値を検出する。
【００１１】
また、図１の周波数可変部１１は、搬送波発生部９から入力される三角波の山（最大値）または谷（最小値）のタイミングに合わせて搬送波の周波数を変化させる。なお、この例では、搬送波として三角波を用い、かつ、その周波数を三角波状に変化させる場合を例として説明する。
【００１２】
上記のような構成を有する電力変換システムでは、周波数可変部１１が図５、図６に示す周波数制御処理を実行することにより、モータ効率を悪化させることなく、搬送波の変化に起因する不具合の発生を防止することが出来る。  
まず、図５に示すフローチャートを参照して、この周波数制御処理を実行する際の周波数可変部１１の動作について詳細に説明する。
【００１３】
図５に示すフローチャートでは、まず、ステップＳ０で、搬送波発生部９の周波数を可変する周波数可変部１１における周波数の上限値ｆｍａｘと下限値ｆｍｉｎ、およびその間をいくつに分割（ｓｔｅｐ）するか、および変化値Δを決める処理が行われ、搬送波発生部９から周波数可変部１１に三角波状の搬送波が入力されることで開始となり、次のステップＳ１の処理に進む。
【００１４】
ステップＳ１の処理では、周波数可変部１１において、搬送波発生部９から入力された搬送波が最大値若しくは最小値（ピーク）であるか否かを判別する。そして、搬送波が最大値若しくは最小値であると判別した場合に、ステップＳ２の処理に進む。
【００１５】
ステップＳ２の処理では、周波数可変部１１が、搬送波の周波数ｆの変化値Δが正、負のどちらであるかを判別する。そして、変化値Δが負である場合にはステップＳ５へ進む。一方、変化値Δが正である場合には、ステップＳ３へ進む。
【００１６】
ステップＳ３の処理では、周波数可変部１１において、周波数ｆが上限値ｆｍａｘに達しているか否かを判別する。そして、判別の結果、周波数ｆが上限値ｆｍａｘに達していない場合、変化値Δの正負を変化させないように、ステップＳ７の処理に進む。一方、周波数ｆが上限値ｆｍａｘに達している場合には、ステップＳ４の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ４の処理では、周波数可変部１１が、周波数ｆを上限値ｆｍａｘから減少させるように、周波数ｆの変化値Δの正負を反転（Δ＝−Δ）させる。これにより、このステップＳ４の処理は完了し、ステップＳ４からステップＳ７の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ５の処理では、周波数可変部１１が、周波数ｆが下限値ｆｍｉｎに達しているか判別する。そして、判別の結果、周波数ｆが下限値ｆｍｉｎに達していない場合は、変化値Δの正負を変化させないように、ステップＳ７の処理に進む。一方、周波数ｆが下限値ｆｍｉｎに達している場合には、ステップＳ６の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ６の処理では、周波数可変部１１が、周波数ｆを下限値ｆｍｉｎから増加させるように、周波数ｆの変化値Δを反転させる。これにより、このステップＳ６の処理は完了し、ステップＳ６の処理からステップＳ７の処理に進む。
【００２０】
ステップＳ７の処理では、周波数可変部１１が、上記処理により決定された変化値Δを現在の周波数ｆに加算した値を次周期の搬送波周波数ｆとして搬送波発生部９に入力する。つまり、一回の演算毎に周波数ｆを変化値Δずつ単調に増加または減少させるように制御している。これにより、このステップＳ７の処理は完了し、この周波数制御処理はステップＳ７の処理からステップＳ１の処理に戻る。  
この一連の周波数制御処理によれば、ある区間では搬送波の周波数ｆを単調に減少、ある区間では単調に増加させることにより、搬送波の周波数を三角波状に変調することができる。
【００２１】
次に、図６は電流制御ゲイン可変部１０における演算処理を示すフローチャートである。  
図６に示した電流制御ゲイン可変部１０の処理は、前記図５において、周波数の上限値ｆｍａｘを電流制御ゲインの上限値Ｋｐｍａｘに、周波数の下限値ｆｍｉｎを電流制御ゲインの下限値Ｋｐｍｉｎに、変化値Δをゲインの変化値ΔＫｐに、それぞれ入れ替えたものと同じであり、その内容は図５の各ステップＳ０〜Ｓ７が図６の各ステップＳ０〜Ｓ７に対応する。つまり、一回の演算毎に電流制御ゲインを変化値ΔＫｐずつ単調に増加または減少させるように制御している。  
この図６の処理を行うことにより、電流制御部７における電流制御ゲインを搬送波の周波数の変化に応じて三角波状に変化させることが出来る。
【００２２】
次に、図６における電流制御ゲインの上限値Ｋｐｍａｘ、電流制御ゲインの下限値Ｋｐｍｉｎについて図７を参照して説明する。  
図７は、一定の電流指令値が入力された場合における電流制御ゲインを横軸、電流指令値と電流検出値との差（オフセット：偏差）を縦軸とし、搬送波の周波数による偏差の変化を表している。
【００２３】
図７から判るように、電流制御ゲインを一定とした場合には、搬送波の周波数を大きくする（ｆｍａｘ側）と偏差が大きくなり、小さくする（ｆｍｉｎ側）と偏差は小さくなる。そして、搬送波の周波数が大きくなる場合には電流制御ゲインを大きくし、搬送波の周波数が小さくなる場合、電流制御ゲインを小さくするように制御すると、偏差を一定に保つことができることが判る。なお、搬送波の周波数を周期で設定する場合においては、周波数の逆数が周期であるから搬送波の周期が長くなる場合は電流制御ゲインを小さく、搬送波の周期が短くなる場合は、電流制御ゲインを大きく設定することと等価である。
【００２４】
上記の関係、つまり搬送波の周波数と電流制御ゲインとの間には一定の規則的な関係があることが実験的に確認されている。図８は、上記の関係を電流制御ゲインを縦軸、搬送波の周波数を横軸にとって示した図である。図８から判るように、搬送波の周波数と電流制御ゲインとはほぼ直線的な比例関係にあることが判る。  
変化する全ての搬送波の周波数（周期）における、偏差が一定となる電流制御ゲインを求めることも可能であるが、電流制御ゲインの上限値と下限値から図８の関係を用いて１次近似式で電流制御ゲインを求めることが可能である。したがって図８から、搬送波周波数（周期）の上限値と下限値が決まった場合、偏差を一定とする搬送波の周波数（周期）の上限値ｆｍａｘと下限値ｆｍｉｎおよびそれに対応する電流制御ゲインの上限値Ｋｐｍａｘと下限値Ｋｐｍｉｎとを組み合わせて設定することができる。
【００２５】
上記の方法による、搬送波の周波数（周期）と電流制御ゲインの時間変化を図９〜図１１に示す。図９は搬送波の周波数を正弦波状に変化させた場合の電流制御ゲインの変化を示す図。図１０は搬送波の周波数を三角波状に変化させた場合の電流制御ゲインの変化を示す図。図１１は搬送波の周波数をランダムに変化させた場合の電流制御ゲインの時間変化を示す図である。なお、図９〜図１１において、それぞれの（ａ）は搬送波の周波数の時間変化を示し、それぞれの（ｂ）は電流制御ゲインの時間変化を表す。また、Ｔｍは変化の周期を示す。  
上記のように、搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させることにより、搬送波の周波数の変化と共に電流制御ゲインも変化するため、搬送波の周波数の変化による電力変換装置の出力電流の変動を抑制することができる。
【００２６】
また、電流制御部７として比例制御を用いることにより、比例制御の比例項を変えることで電流制御ゲインを容易に制御することが出来る。  
また、搬送波の周波数を三角波状に変化させた場合には、周波数と電流制御ゲインを容易に計算、設定することができ、電力変換装置の出力電流の変動を抑制することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図である。  
この実施の形態は、図１における周波数可変部１１の代わりに、搬送波の周波数と電流制御ゲインの関係を記憶したマップ１２を設けたものである。このマップ１２から読み出した値を用いて、搬送波発生部９の周波数を可変にすると共に、搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲイン可変部１０で電流制御部７の電流制御ゲインを変化させることにより、搬送波の周波数に起因する不具合の発生を効果的に防ぐことができる。他の構成は前記図１と同様である。
【００２８】
このように、搬送波の周波数と電流制御ゲインをマップ化し、マップに応じて搬送波の周波数と電流制御ゲインを変化させることにより、複雑な搬送波の周波数と電流制御ゲインの組み合わせを容易に設定することができる、という効果がある。
【００２９】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図である。  
この実施の形態は、図１における周波数可変部１１の代わりに、周波数を周期的に可変にする周期状周波数可変部１３を設けたものである。  
この周期状周波数可変部１３により、搬送波の周波数を周期状に変調することで、搬送波の周波数を容易に計算、予測することができるため、搬送波の周波数が変化する度に電流制御ゲインを変化させることができ、搬送波の周波数に起因する不具合の発生を効果的に防ぐことができる。
【００３０】
次に、図１４は、図１３における周期状周波数可変部１３に応じた電流制御ゲインの可変方法を示すフローチャートである。  
図１４は、前記図５と図６を組み合わせた構成になっており、図５におけるステップＳ０に、図６におけるゲインの初期設定が加えられ、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ７において搬送波の周波数の可変と電流制御ゲインの可変を同時に行う処理になっている。この場合、搬送波の周波数の変化量が大きくならない限り、例えば曲線状に変化させる等、周波数をどのような形状で変化させてもよい。  
なお、図１４に示した演算の結果をマップに記憶することにより、図１２のマップ１２を作成することが出来る。
【００３１】
上記のように、搬送波の周波数を周期的に変化させることにより、搬送波の周波数を容易に計算、予測することができ、搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させることができ、電力変換装置の出力電流の変動を抑制することができる。
【００３２】
（実施の形態４）
また、図１５は本発明の実施の形態４となる電力変換装置の制御装置の制御方法について説明する。  
この実施例は、搬送波が遅れる場合に、それに合わせて電流制御ゲインを遅らせて変化させる場合を示す。  
図１の制御装置１のＰＷＭ発生部８に搬送波発生部９から供給される搬送波がバッファを介したり、あるいは演算時間の関係で遅れたりする場合がある。このような構成においては、前記図１４におけるステップＳ７の部分で一旦、演算の最後に電流制御ゲインの値を保存し、ステップＳ８で、次の回の演算にその値を用いる（つまり遅らせた電流ゲインを用いて電圧指令値を演算する）ように制御する。すなわち、搬送波発生部９からＰＷＭ発生部８に送られるＰＷＭ搬送波に遅れが発生する構成においては、電流制御ゲイン可変部１０から指令された電流制御ゲインの値を１演算回分だけ保持し、電流制御部７では次の回の演算にその保持した電流制御ゲインの値を用いて電圧指令値を演算する。この操作を行うことで搬送波の周波数の変化に対して電流制御ゲインの変化を合わせることができ、演算の遅れ等による搬送波の周波数に起因する不具合の発生を効果的に防ぐことができる。
【００３３】
上記の処理による、搬送波の周波数と電流制御ゲインの変化を図１６に示す。図１６において、破線で示した個所が１演算回分の出力の遅れを示す。  
なお、上記の説明では、１演算回分だけ電流制御ゲインを保持する場合を例示したが、搬送波の遅れの程度に応じて複数回保持するように構成してもよい。
【００３４】
次に、電流制御ゲインを固定した場合（従来例）と搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させた場合（本発明）におけるモータ相電流の変化について説明する。  
図１７は本発明の特性、図１８は従来例の特性であり、搬送波の周波数を正弦波で変調した場合における搬送波周波数と電流の変化特性を示す図である。  
図１７（ａ）と図１８（ａ）は搬送波の周波数の時間変化（時間変化の周期をＴｍとする）を示し、図１７（ｂ）は搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させた場合（本発明）のモータ相電流の時間波形、図１８（ｂ）は電流制御ゲインを固定した場合（従来例）のモータ相電流の時間波形を示す。  
図１７および図１８から判るように、従来例では搬送波周波数の変動に対応してモータ相電流も変動しているのに対し、本発明おいては、搬送波周波数が周期的に変動してもモータ相電流は殆ど直線状で安定しており、電流の変動が抑制されていることが分かる。
【００３５】
同様に、搬送波の周波数を三角波状に変調した場合やランダムに変調した場合においても、搬送波の周波数の変化に応じて電流制御ゲインを変化させた場合には電流制御ゲインを固定した場合に比較して、モータ相電流の変動を抑制することができるので、搬送波の周波数に起因する不具合の発生を効果的に防ぐことができる。
【００３６】
（実施の形態５）
これまで説明した実施の形態１〜４においては、電流指令値がほぼ一定の定常状態時であって電流指令値と出力電流との偏差が一つの場合について例示したが、実施の形態６においては、電流指令値が変動する過渡状態時であって電流指令値と出力電流との偏差が複数で変化する場合に対応する実施の形態を説明する。
【００３７】
図１９は、本発明の実施の形態５となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図である。図１９において、前記図１と同符号は概略同じものを示すが、異なる部分を以下説明する。  
この実施の形態においては、電流指令値と電流検出値との偏差を検出する偏差検出部７０を電流制御部７の外部に設け、検出した偏差に応じて電流制御ゲイン可変部１０を制御することにより、電流制御部７において搬送波の周波数変化に応じて電流制御ゲインを変化させると共に、偏差に応じて電流制御ゲインを変化させる範囲（例えば電流制御ゲインを変化させる帯域の平均値）も変化させるようにした点が図１と異なっている。すなわち、電流指令値が変動する過渡状態時では電流指令値と出力電流との偏差が複数で変化するので、その偏差の変化に応じて電流制御ゲインを変化させる範囲を変えるように構成している。これにより電力変換装置の出力電流波形の過渡特性を改善することが出来る。
【００３８】
以下、詳細に説明する。  
図２０は制御部６内の電流制御部７の構成を示すブロック図である。図２０に示すように、偏差検出部７０は電流指令発生部５からの電流指令値と電流検出部４からの電流検出値との偏差を検出する。なお、電流検出部４から検出された電流値とは、例えば電力変換部２（ＰＷＭインバータ）から負荷であるモータに供給されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相（三相交流の場合）の電流値を電流検出部４で検出し、座標変換器を介してｄ軸座標、ｑ軸座標の電流に変換（三相／二相変換）した電流値である。  
電流制御ゲイン可変部１０は、周波数可変部１１からの搬送波の変化に応じて電流制御部７の電流制御ゲインを変化させ、かつ、偏差検出部７０からの偏差に応じて電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させる（詳細後述）。
【００３９】
電流制御部７は、比例項演算部７２と積分項演算部７３を構成要素とし、前記の電流指令値と電流検出値との偏差を比例積分制御（ＰＩ制御）することで電圧指令値を出力する。そして上記比例項演算部７２における比例項を電流制御ゲイン可変部１０からの信号に応じて変えることにより、出力する電圧指令値を搬送波の周波数変化に応じて変え、かつ、その変化範囲を前記偏差に応じて変えるように構成している。なお、図２０では電流制御部７の電流制御の例として、比例積分制御で行う場合を例として説明したが、前記図２に示したように比例制御のみでもよい。
【００４０】
図２１は電流制御部７の電流制御ゲイン（比例ゲインおよび積分ゲイン）の変化の方法を説明するための図であり、（ａ）は電流指令値が変化する場合における比例ゲインＫｐを横軸、電流指令値と電流検出値との差（オフセット：偏差）を縦軸とし、搬送波周波数による偏差の変化を表している。（ｂ）は電流指令値が変化する場合における積分ゲインＫｉを横軸、電流指令値と電流検出値との差（オフセット：偏差）を縦軸とし、搬送波周波数による偏差の変化を表している。なお、ｆｃｍａｘは搬送波周波数の上限値、ｆｃｍｉｎは下限値に相当する特性曲線である。
【００４１】
過渡状態時においては電流指令値が変化するので、偏差も変動する。その偏差の大きさを所定の基準値ｅ１、ｅ２、ｅ３で４分割した場合、
偏差ｅがｅ≧ｅ１の場合は、Ｋｐの変化範囲は｛１｝とし、｛１｝の範囲内で搬送波周波数に同期して変化させる。  
偏差ｅがｅ１＞ｅ≧ｅ２の場合は、Ｋｐの変化範囲は｛２｝とし、｛２｝の範囲内で搬送波周波数に同期して変化させる。  
偏差ｅがｅ２＞ｅ≧ｅ３の場合は、Ｋｐの変化範囲は｛３｝とし、｛３｝の範囲内で搬送波に同期して変化させる。  
偏差ｅがｅ３＞ｅの場合は、Ｋｐの変化範囲は｛４｝とし、｛４｝の範囲内で搬送波に同期して変化させる。同様に、積分ゲインＫｉも変化範囲が決められる。
【００４２】
上記のように、ＫｐおよびＫｉの変化範囲を偏差の大きさに応じて変化させる。図２１においては、偏差の大きさを分割した場合に、分割した各区分ごとの電流制御ゲインの上限値（ｆｃｍａｘに相当）の平均値と下限値（ｆｃｍｉｎに相当）の平均値に応じてＫｐの変化範囲を設定している。例えば偏差ｅがｅ１＞ｅ≧ｅ２の場合は、ｅ１からｅ２までのｆｃｍａｘに相当するＫｐの平均値が変化範囲の上限値となり、ｆｃｍｉｎに相当するＫｐの平均値が変化範囲の下限値となり、これが｛２｝に対応する。Ｋｉについても同様である。  
なお、上記のように、偏差の大きさを分割して平均値を求めるのではなく、各偏差ごとに変化範囲を設定してもよい。
【００４３】
図２２は、上記の関係を電流制御ゲインを縦軸、搬送波の周波数を横軸にとって示した図であり、（ａ）は電流制御ゲインとして比例ゲインＫｐを、（ｂ）は積分ゲインＫｉを示している。図２２（ａ）および（ｂ）から判るように、搬送波の周波数と比例ゲインＫｐまたは積分ゲインＫｉとはほぼ直線的な比例関係にあることが判る。  
変化する全ての搬送波の周波数（周期）における、偏差が一定となる比例ゲインＫｐまたは積分ゲインＫｉを求めることも可能であるが、比例ゲインＫｐまたは積分ゲインＫｉの上限値と下限値から図２２の関係を用いて１次近似式で比例ゲインＫｐまたは積分ゲインＫｉを求めることが可能である。したがって前記のように比例ゲインＫｐまたは積分ゲインＫｉの上限値と下限値が｛１｝〜｛４｝の何れかに決まった場合、偏差を一定とする搬送波の周波数（周期）の上限値ｆｃｍａｘと下限値ｆｃｍｉｎおよびそれに対応する電流制御ゲインの上限値Ｋｐｍａｘと下限値Ｋｐｍｉｎとを組み合わせて設定することができる。Ｋｉについても同様である。
【００４４】
図２３は、図２１、図２２で設定されるｆｃ、Ｋｐ、Ｋｉの時間波形を示す図であり、図２３（ａ）は電流指令値ｒｅｆに対する出力電流応答の時間波形を示す。図２３（ｂ）は搬送波発生部９からの搬送波周波数ｆｃの時間変化を示し、図２３（ｃ）はそのときの電流制御部７の比例ゲインＫｐの変化を示し、図２３（ｄ）はそのときの電流制御部７の積分ゲインＫｉの変化を示している。  
図２３（ａ）において破線（電流指令値）と実線（検出電流値）との差が前記偏差に相当し、ｅ１、ｅ２、ｅ３は前記のように偏差の大きさで分割する場合の各基準値を示す。図２３（ｃ）の比例ゲインＫｐは、図２３（ｂ）の搬送波周波数ｆｃの時間変化と同期して変化しており、かつ、図２３（ａ）の偏差に応じて、その変化する範囲を｛１｝〜｛４｝に変化している。積分ゲインＫｉについても上記と同様に変化している。
【００４５】
なお、図２３においては、偏差の大きさを各基準値ｅ１、ｅ２、ｅ３で分割した場合の例で記載しているがこの分割数に限定するものではない。  
上記のように構成することにより、電流指令値と出力電流の差に応じて電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることができる。
【００４６】
なお、上記の説明以外に、前記第１〜第４の実施の形態で説明した事項、つまり、周波数可変手段で搬送波の周波数を周期的に変化させる構成や電流制御手段からＰＷＭ発生手段へ送られる電圧指令値に遅れが発生する構成において、電流制御ゲイン可変手段から指令された電流制御ゲインの値を所定演算回数だけ保持し、電流制御手段では次の回の演算にその保持した電流制御ゲインの値を用いて電圧指令値を演算する構成等は、第５の実施の形態にも適用出来る。
【００４７】
（実施の形態６）
図２４は、本発明の実施の形態６となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図である。図２４において、前記図２０と同符号は同じものを示す。  
この実施の形態は、偏差の大きさを判別する判別部１００を追加したものである。  
以下、図２５を用いて判別部１００の動作とＫｐの決定方法について説明する。  
図２５（ａ）は、電流指令値がｒｅｆ１からｒｅｆ２へ変化した場合の出力応答の時間波形を示す。図２５（ｂ）はそのときの偏差の大きさ（絶対値）を時間変化として示している。図２５（ｃ）は搬送波周波数の周波数の変化を示し、図２５（ｄ）はそのときのＫｐの変化を示し、図２５（ｅ）はそのときのＫｉの変化を示している。
【００４８】
例えば、図２５（ｂ）において、判別部１００における判別の基準値をｅ１とすると、偏差の絶対値がｅ１以下の場合はＫｐの変化範囲を｛２｝とし、偏差の絶対値がｅ１よりも大きい場合はＫｐの変化範囲を｛１｝に変更することで、過渡時における行き過ぎ量を低減し、過渡時における制御性を改善することができる。Ｋｉについても同様である。  
なお、図２５では立上がりの場合を例に説明しているが、立下りの場合においても同様の効果を得ることができる。
【００４９】
図２６は、上記図２５で説明した制御を行う場合の演算のフローチャートを示し、図２７はその際に用いるマップを示す図である。  
まず、図２７（ｂ）に示すようにＰＷＭの搬送波周波数の時間変化をｆｃ（１）からｆｃ（ｎ）まで設定する。なお、図２７（ｂ）では、ｆｃ（１）〜ｆｃ（ｎ）をｆｃ１〜ｆｃｎと表示している。  
次に図２７（ａ）に示すようにｆｃ、ＫｐおよびＫｉのマップを作成する。このように構成することで、ｆｃとＫｐおよびＫｉを同期して変化させることができる。
【００５０】
図２７（ａ）における｛１｝Ｋｐの縦の列は、前記図２１に示したようにＫｐの｛１｝の区間で、搬送波の変化範囲であるｆｃｍａｘとｆｃｍｉｎの範囲において、ｆｃの分割数に応じて、偏差が一定となるｆｃとＫｐの組み合わせから構成される。｛２｝Ｋｐは｛１｝Ｋｐと同様に、図２１に示したＫｐの｛２｝の区間で、搬送波の変化範囲であるｆｃｍａｘとｆｃｍｉｎの範囲において、ｆｃの分割数に応じて、偏差が一定となるｆｃとＫｐの組み合わせから構成される。Ｋｉについても同様である。
【００５１】
次に図２６について説明を行う。処理がスタートし、カウンタｍが１からスタートし、ステップＳ０で搬送波の周波数がｆｃ（１）にセットされる。次にステップＳ１で偏差ｅを演算する。次にステップＳ２において、偏差ｅとｅ１を比較判別し、偏差ｅがｅ１以下の場合は、ステップＳ３に進み、図２４の電流制御部７におけるＫｐとして｛１｝Ｋｐ（１）、Ｋｉとして｛１｝Ｋｉ（１）の値をセットし、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では前記カウンタの値をカウントアップする。ステップＳ６においてカウント値がｎと比較されｎよりも小さければステップＳ１に戻り、これを繰り返す。また、ステップＳ２の比較判別で偏差ｅがｅ１よりも大きければ、ステップＳ４の処理に進む。Ｓ４ではＫｐに｛２｝Ｋｐ（２）、Ｋｉに｛２｝Ｋｉ（２）をセットし、ステップＳ５に進み、処理を繰り返す。  
上記の処理により、前記図２５に示したごとき制御を行うことが出来る。
【００５２】
（実施の形態７）
図２８は、本発明の実施の形態７となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図である。図２８において、前記図２０と同符号は同じものを示す。  
この実施の形態は、電流指令値の変化の大きさ（絶対値）に対する偏差の大きさ（絶対値）の比を判別する判別部１０１を追加したものである。
【００５３】
以下、図２９を用いて判別部１０１の動作とＫｐの決定方法について説明する。  
図２９（ａ）は電流指令値がｒｅｆ１からｒｅｆ２へ変化した場合における電流指令値の変化と出力応答の時間波形を示す。図２９（ｂ）はそのときの電流指令値の変化の大きさ（絶対値）に対する偏差の大きさ（絶対値）の比を時間変化として示している。図２９（ｃ）は搬送波周波数の周波数の変化を示し、図２９（ｄ）はそのときのＫｐの変化を示し、図２９（ｅ）はそのときのＫｉの変化を示している。
【００５４】
例えば、図２９（ｂ）において、判別部１０１における判別の基準値をｅ１とすると、電流指令値の絶対値に対する偏差の絶対値の比がｅ１以下の場合はＫｐの範囲を｛２｝とし、電流指令値の絶対値に対する偏差の絶対値の比がｅ１よりも大きい場合はＫｐの範囲を｛１｝に変更することで、過渡時における行き過ぎ量を低減し、過渡時における制御性を改善することができる。Ｋｉについても同様である。  
なお、図２９では立上がりの場合を例に説明しているが立下りの場合においても同様の効果を得ることができる。また、電流指令値の変化の大きさ（絶対値）に対する偏差の大きさ（絶対値）の比を用いることにより、判別の基準値ｅ１を電流指令値の変化に対する％で設定することが可能になる。
【００５５】
上記のように、これまで説明した実施の形態においては、ＰＷＭの搬送波の周波数変化に応じて電流制御ゲインを変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形にＰＷＭの搬送波の周波数変化に起因する周期的な変動が現れるのを抑制することが出来る。そのため電力変換装置によって駆動される負荷に生じるトルク変動等の不具合を解消することが出来る、という効果がある。また、電流指令値の過渡応答については、搬送波発生手段におけるＰＷＭ搬送波の周波数の変化に応じて電流制御手段における電流制御ゲインを変化させ、かつ、与えられた電流指令値と電力変換装置の出力電流との偏差に応じて前記電流制御ゲインを変化させる範囲を変化させることにより、電力変換装置の出力電流波形の過渡特性を改善できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図。
【図２】電流制御部のブロック図。
【図３】ＰＷＭ発生部のブロック図。
【図４】電力変換部の回路図。
【図５】周波数可変部における演算処理を示すフローチャート。
【図６】電流制御ゲイン可変部における演算処理を示すフローチャート。
【図７】電流制御ゲインと電流値のオフセットとの関係を示す特性図。
【図８】搬送波の周波数と電流制御ゲインとの関係を示す特性図。
【図９】搬送波の周波数を正弦波状に変化させた場合における電流制御ゲインの時間変化を示す図。
【図１０】搬送波の周波数を三角波状に変化させた場合における電流制御ゲインの時間変化を示す図。
【図１１】搬送波の周波数をランダムに変化させた場合における電流制御ゲインの時間変化を示す図。
【図１２】本発明の実施の形態２となる電力変換装置の制御装置のブロック図。
【図１３】本発明の実施の形態３となる電力変換装置の制御装置のブロック図。
【図１４】図１３における演算処理を示すフローチャート。
【図１５】本発明の実施の形態４おける演算処理を示すフローチャート。
【図１６】搬送波の周波数と電流制御ゲインの時間変化を示す図。
【図１７】本発明における搬送波の時間変化とモータ相電流の時間波形を示す図。
【図１８】従来例における搬送波の時間変化とモータ相電流の時間波形を示す図。
【図１９】本発明の実施の形態５となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図。
【図２０】実施の形態５における電流制御部のブロック図。
【図２１】過渡状態時における電流制御ゲインと電流値のオフセットとの関係を示す特性図。
【図２２】搬送波の周波数と電流制御ゲイン（Ｋｐ、Ｋｉ）との関係を示す特性図。
【図２３】図２０における搬送波周波数ｆｃ、比例ゲインＫｐおよび積分ゲインＫｉの時間波形を示す図。
【図２４】本発明の実施の形態６となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図。
【図２５】図２４における搬送波周波数ｆｃ、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉおよび偏差の時間波形を示す図。
【図２６】図２４における制御を行う場合の演算のフローチャートを示す図。
【図２７】図２６の演算に用いるマップを示す図。
【図２８】本発明の実施の形態７となる電力変換装置の制御装置を示すブロック図。
【図２９】図２８における搬送波周波数ｆｃ、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉおよび電流指令値の変化の大きさ（絶対値）に対する偏差の大きさ（絶対値）の比を示す図。
【符号の説明】
【００５７】
１…制御装置                        ２…電力変換部
３…負荷                            ４…電流検出部
５…電流指令発生部                  ６…制御部
７…電流制御部                      ８…ＰＷＭ発生部
９…搬送波発生部                  １０…電流制御ゲイン可変部
１１…周波数可変部                  １２…マップ
１３…周期状周波数可変部            ７０…偏差検出部
７１…演算部                        ７２…比例制御部
７３…積分制御部                    ８１…座標変換部
８２…比較器                      １００…判別部
１０１…判別部
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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