(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の巻線組（８１）を備える回転電機（８０）の電力を変換する電力変換装置であって、
前記巻線組の各相に対応して設けられる複数のスイッチング素子（１１〜１６）を有するインバータ部（１０）と、
ＰＷＭ制御により前記スイッチング素子のオンオフ作動を制御することで、前記巻線組の電流を制御するものであって、最も小さい相電圧指令値が第１下限値または第２下限値である下側固定値となるように中性点電圧を低電圧側にシフトする下シフト処理、或いは、最も大きい前記相電圧指令値が第１上限値または第２上限値である上側固定値となるよう前記中性点電圧を高電圧側にシフトする上シフト処理である変調処理を行う変調処理部（４６３）を有する制御部（４０）と、
を備え、
前記第１下限値または前記第１上限値を第１固定値とし、前記第２下限値または前記第２上限値を第２固定値とすると、
前記変調処理における前記第１固定値から前記第２固定値への切り替えに係る第１判定値と、前記第２固定値から前記第１固定値への切り替えに係る第２判定値とは、異なる値であって、
前記変調処理部は、前記相電圧指令値の差に基づき、前記第１固定値または前記第２固定値を選択する電力変換装置。
【請求項２】
前記変調処理部は、前記下シフト処理を行う場合、２番目に小さい前記相電圧指令値と最も小さい前記相電圧指令値との差に基づき、前記下側固定値とする前記第１下限値または前記第２下限値を選択する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２下限値は、前記第１下限値より大きい値であり、
前記第２判定値は、前記第１判定値より大きい値であって、
前記変調処理部は、
２番目に小さい前記相電圧指令値から最も小さい前記相電圧指令値を減算した減算値が前記第１判定値より小さい場合、前記下側固定値を前記第１下限値から前記第２下限値に切り替え、
前記減算値が前記第２判定値より大きい場合、前記下側固定値を前記第２下限値から前記第１下限値に切り替える請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータ部の低電位側に設けられる電流検出部（２０）を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電圧利用率を向上すべく、変調処理を行う電力変換装置が知られている。例えば特許文献１では、デッドタイムの影響により、線間電圧に歪みが生じるデューティを回避するために、２相変調と３相変調とを切り替えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように２相変調と３相変調とを切り替えながら駆動する場合、切り替えの前後でハンチングが生じ、音や振動が発生する虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御の切り替えに伴う音や振動の発生を低減可能である電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力変換装置は、３相の巻線組（８１）を備える回転電機（８０）の電力を変換するものであって、インバータ部（１０）と、制御部（４０）と、を備える。
インバータ部は、巻線組の各相に対応して設けられる複数のスイッチング素子（１１〜１６）を有する。
【０００６】
制御部は、ＰＷＭ制御によりスイッチング素子のオンオフ作動を制御することで、巻線組の電流を制御するものであって、変調処理部（４６３）を有する。変調処理部は、下シフト処理、または、上シフト処理である変調処理を行う。下シフト処理では、最も小さい相電圧指令値が第１下限値または第２下限値である下側固定値となるように中性点電圧を低電圧側にシフトする。上シフト処理では、最も大きい相の相電圧指令値が第１上限値または第２上限値である上側固定値となるように中性点電圧を高電圧側にシフトする。
【０００７】
ここで、第１下限値または第１上限値を第１固定値、第２下限値または第２上限値を第２固定値とする。変調処理における第１固定値から第２固定値への切り替えに係る第１判定値と、第２固定値から第１固定値への切り替えに係る第２判定値とは、異なる値である。
変調処理部は、下シフト処理または上シフト処理において、相電圧指令値の差に基づき、第１固定値または第２固定値を選択する。
【０００８】
本発明では、相電圧指令値の差に基づき、第１固定値または第２固定値を選択しているので、全ての相のデューティが、デッドタイムの影響により線間電圧に歪みが生じるデューティである回避デューティとならないようにすることができる。これにより、線間電圧の歪みを低減することができる。また、第１判定値と第２判定値とを異なる値とすることで、固定値の切り替え前後でのハンチングを防ぐことができる。これにより、ハンチングの発生による音や振動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態によるステアリングシステムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による制御部を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるデューティ演算部を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態による変調処理を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態による低回転時のデューティを示す波形図である。
【図７】本発明の第１実施形態による高回転時のデューティを示す波形図である。
【図８】本発明の第２実施形態による変調処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による電力変換装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図７に示す。
図１に示すように、電力変換装置１は、回転電機としてのモータ８０とともに、運転者によるステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置８に適用される。
【００１１】
図１は、電動パワーステアリング装置８を備えるステアリングシステム９０の構成を示す。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、および、電動パワーステアリング装置８等を備える。
【００１２】
ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、運転者がステアリングホイール９１を操作することにより入力される操舵トルクＴｓを検出するトルクセンサ９４が設けられる。
ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。
【００１３】
運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。
【００１４】
電動パワーステアリング装置８は、モータ８０、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える減速ギア８９、および、電力変換装置１等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置８は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ８０の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。
【００１５】
モータ８０は、運転者によるステアリングホイール９１の操舵を補助する補助トルクを出力するものであって、電源としてのバッテリ１０５（図２参照）から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。モータ８０は、３相ブラシレスモータであって、いずれも図示しないロータおよびステータを有する。
【００１６】
図２に示すように、モータ８０は、３相の巻線組８１を備える。巻線組８１は、Ｕ相コイル８１１、Ｖ相コイル８１２、および、Ｗ相コイル８１３を有し、ステータに巻回される。
電力変換装置１は、インバータ部１０、電流検出部２０、および、制御部４０等を備える。
インバータ部１０は、６つのスイッチング素子１１〜１６を有し、巻線組８１への電力を変換する。以下、スイッチング素子を「ＳＷ素子」と記す。ＳＷ素子１１〜１６は、ＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴやサイリスタ等であってもよい。
【００１７】
ＳＷ素子１１〜１３は高電位側に接続され、ＳＷ素子１４〜１６は低電位側に接続される。対になるＵ相のＳＷ素子１１、１４の接続点には、Ｕ相コイル８１１の一端が接続される。対になるＶ相のＳＷ素子１２、１５の接続点には、Ｖ相コイル８１２の一端が接続される。対になるＷ相のＳＷ素子１３、１６の接続点には、Ｗ相コイル８１３の一端が接続される。コイル８１１〜８１３の他端は、結線される。
【００１８】
高電位側に配置されるＳＷ素子１１〜１３のドレインは、上側母線１７を経由して、バッテリ１０５の正極と接続される。低電位側に配置されるＳＷ素子１４〜１６のソースは、下側母線１８を経由してグランドと接続される。以下適宜、高電位側に接続されるＳＷ素子１１〜１３を「上アーム素子」、低電位側に配置されるＳＷ素子１４〜１６を「下アーム素子」という。
【００１９】
電流検出部２０は、Ｕ相電流検出素子２１、Ｖ相電流検出素子２２、および、Ｗ相電流検出素子２３を有し、インバータ部１０の低電位側に設けられる。詳細には、Ｕ相電流検出素子２１はＵ相の下アーム素子１４と下側母線１８との間に設けられ、Ｖ相電流検出素子２２はＶ相の下アーム素子１５と下側母線１８との間に設けられ、Ｗ相の電流検出素子２３はＷ相の下アーム素子１６と下側母線１８との間に設けられる。
【００２０】
本実施形態の電流検出素子２１〜２３は、いずれもシャント抵抗である。電流検出素子２１〜２３の両端電圧は、それぞれ、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに係る検出値として、増幅回路２４を経由して制御部４０に出力される。また、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの検出値は、ＡＤ変換回路２５にてデジタル信号に変換される。
位置センサ２８は、モータ８０の回転位置として、電気角θｅを検出し、検出値を制御部４０に出力する。
【００２１】
コンデンサ３１およびコイル３２は、バッテリ１０５とインバータ部１０との間に配置され、パワーフィルタを構成している。パワーフィルタを設けることで、バッテリ１０５を共有する他の装置から伝わるノイズが低減されるとともに、インバータ部１０側からバッテリ１０５を共有する他の装置へ伝わるノイズが低減される。
【００２２】
コンデンサ３１は、コイル３２のインバータ部１０側にて、上側母線１７および下側母線１８に接続される。コンデンサ３１は、電荷を蓄えることで、インバータ部１０への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。コンデンサ３１の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃは、図示しないコンデンサ電圧検出部により検出され、検出値が制御部４０に出力される。
また、上側母線１７のバッテリ１０５とコンデンサ３１との間には、バッテリ１０５からインバータ部１０側への電力供給を遮断可能である図示しない電源リレーが設けられる。
【００２３】
制御部４０は、マイコン等を主体として構成される。制御部４０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
制御部４０は、電流検出部２０から取得される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、位置センサ２８から取得される電気角θｅ、および、トルクセンサ９４から取得される操舵トルクＴｓ等に基づき、ＳＷ素子１１〜１６のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、駆動回路３５を経由して、ＳＷ素子１１〜１６のゲートに出力される。
【００２４】
図３に示すように、制御部４０は、機能ブロックとして、３相２相変換部４１、減算器４２、４３、制御器４４、２相３相変換部４５、デューティ演算部４６、デューティ更新部４７、および、信号生成部４８等を有する。
３相２相変換部４１は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを電気角θｅに基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流検出値Ｉｄおよびｑ軸電流検出値Ｉｑを演算する。
ｄ軸減算器４２は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ*からｄ軸電流検出値Ｉｄを減算し、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを演算する。ｑ軸減算器４３は、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*からｑ軸電流検出値Ｉｑを減算し、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを演算する。
【００２５】
制御器４４は、電流偏差ΔＩｄ、ΔＩｑが０に収束するように、ＰＩ演算等により、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を演算する。
２相３相変換部４５は、電気角θｅに基づき、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を逆ｄｑ変換し、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ*、および、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ*を演算する。
デューティ演算部４６は、Ｕ相電圧指令値Ｖｕ*、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ*、および、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ*に基づき、デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*を演算する。デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*の演算の詳細は、後述する。
【００２６】
デューティ更新部４７は、デューティ演算部４６にて演算されたデューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*を設定、更新する。
信号生成部４８は、デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*と三角波等のキャリア信号であるＰＷＭ信号とを比較し、ＳＷ素子１１〜１６のオンオフを切り替える駆動信号であるＵ＿ＭＯＳ＿Ｈ、Ｕ＿ＭＯＳ＿Ｌ、Ｖ＿ＭＯＳ＿Ｈ、Ｖ＿ＭＯＳ＿Ｌ、Ｗ＿ＭＯＳ＿Ｈ、Ｗ＿ＭＯＳ＿Ｌを駆動回路３５に出力する。Ｕ＿ＭＯＳ＿Ｈが出力されると、ＳＷ素子１１がオン、ＳＷ素子１４がオフされ、Ｕ＿ＭＯＳ＿Ｌが出力されると、ＳＷ素子１１がオフ、ＳＷ素子１４がオンされる。Ｖ＿ＭＯＳ＿Ｈが出力されると、ＳＷ素子１２がオン、ＳＷ素子１５がオフされ、Ｖ＿ＭＯＳ＿Ｌが出力されると、ＳＷ素子１２がオフ、ＳＷ素子１５がオンされる。Ｗ＿ＭＯＳ＿Ｈが出力されると、ＳＷ素子１３がオン、ＳＷ素子１６がオフされ、Ｗ＿ＭＯＳ＿Ｌが出力されると、ＳＷ素子１３がオフ、ＳＷ素子１６がオンされる。
【００２７】
本実施形態では、対になるＳＷ素子１１とＳＷ素子１４、ＳＷ素子１２とＳＷ素子１５、ＳＷ素子１３とＳＷ素子１６が同時にオンされることによる短絡を防ぐべく、対になるＳＷ素子１１とＳＷ素子１４、ＳＷ素子１２とＳＷ素子１５、ＳＷ素子１３とＳＷ素子１６が、共にオフとなるデッドタイム期間を設けている。デッドタイム期間は、有効パルス幅やその他要因等を考慮し、適宜設定可能である。本実施形態では、デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*が０％〜１００％であるものとし、デッドタイムに相当するデューティを４％として説明する。以下、デッドタイムに相当するデューティを単に「デッドタイム」という。また図中、適宜、デッドタイムを「ＤＴ」と記載する。
【００２８】
図４に示すように、デューティ演算部４６は、デューティ換算部４６１、デッドタイム補償部４６２、変調処理部４６３、デッドタイム調整部４６４、および、擬似デューティ演算部４６５を有する。
デューティ換算部４６１では、電圧指令値Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*をデューティに換算し、デューティ換算値Ｄｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１を演算する。
【００２９】
デッドタイム補償部４６２では、デッドタイムの影響により、コイル８１１〜８１３に印加される電圧が変化する変化量を打ち消すように、デッドタイム補償量Ｄｄｔに基づいてデューティ換算値Ｄｕ１、Ｄｖ１、Ｄｗ１を補正する。
詳細には、デッドタイム補償部４６２は、Ｕ相電流Ｉｕが正のとき、デューティ換算値Ｄｕ１にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算し、Ｕ相電流Ｉｕが負のとき、デューティ換算値Ｄｕ１からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算する。デッドタイム補償部４６２は、Ｖ相電流Ｉｖが正のとき、デューティ換算値Ｄｖ１にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算し、Ｖ相電流Ｉｖが負のとき、デューティ換算値Ｄｖ１からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算する。デッドタイム補償部４６２は、Ｗ相電流Ｉｗが正のとき、デューティ換算値Ｄｗ１にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算し、Ｗ相電流Ｉｗが負のとき、デューティ換算値Ｄｗ１からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算する。
電流方向は、コイル８１１〜８１３に流れ込む方向を正、流れ出す方向を負とする。
デッドタイム補償がなされ、変調処理部４６３に入力されるデューティを、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２とする。
【００３０】
変調処理部４６３では、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２を変調し、出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３を演算する。本実施形態では、最も小さい相のデューティが下側固定値Ｌｆｉｘとなるように変調することで、中性点電圧が低電圧側にシフトされる下シフト処理が行われる。本実施形態では、下シフト処理が「変調処理」に対応する。変調処理により、相電圧の平均値である中性点電圧が変更され、電圧利用率を向上可能である。なお、中性点電圧が変わっても、線間電圧が変わらなければ、巻線組８１に印加される電圧は変わらない。以下、最も小さい相のデューティが下側固定値Ｌｆｉｘとなるように変調することを、「下べた変調」とする。
【００３１】
変調処理部４６３は、下側固定値Ｌｆｉｘを、第１下限値ＤＬ１とするか、第２下限値ＤＬ２とするかを、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２の差に基づいて切り替える。本実施形態では、第１下限値ＤＬ１を０％とする。また、第２下限値ＤＬ２は、デッドタイムに応じて設定される値であって、本実施形態では４％とする。
【００３２】
ところで、デッドタイムの影響により、線間電圧に歪みが生じるデューティが存在する。線間電圧に歪みが生じるデューティを回避デューティＤａとする。本実施形態では、デッドタイムが４％であるので、下べた変調時の回避デューティの範囲は、０＜Ｄａ＜４である。なお、デューティ０％は、上アーム素子１１〜１３をオフ、下アーム素子１４〜１６をオンすることで出力可能であるので、回避デューティＤａから除外する。
【００３３】
ここで、最も小さい相のデューティを最小デューティＭｉｎＤｕｔｙ、真ん中の相のデューティを中間デューティＭｉｄＤｕｔｙ、最も大きい相のデューティを最大デューティＭａｘＤｕｔｙとする。中間デューティＭｉｄＤｕｔｙから最小デューティＭｉｎＤｕｔｙを減算した値である減算値ｄｉｆｆ１が、０＜ｄｉｆｆ１＜４の場合、最も小さい相のデューティが第１下限値ＤＬ１となるように下べた変調すると、真ん中の相のデューティが回避デューティＤａとなり、線間電圧に歪みが生じる。そのため本実施形態では、全ての相のデューティが回避デューティＤａとならないように、減算値ｄｉｆｆ１に応じて、下側固定値Ｌｆｉｘを切り替えている。
また、下側固定値Ｌｆｉｘを、第１下限値ＤＬ１から第２下限値ＤＬ２に切り替える場合と、第２下限値ＤＬ２から第１下限値ＤＬ１に切り替える場合とで、同一の判定値を用いると、切り替えの前後でハンチングが生じる虞があり、ハンチングが生じると音や振動の原因となる。
【００３４】
そこで本実施形態では、下べた変調処理における下側固定値Ｌｆｉｘを、第１下限値ＤＬ１から第２下限値ＤＬ２に切り替える場合の判定値と、第２下限値ＤＬ２から第１下限値ＤＬ１に切り替える場合の判定値とを異なる値とし、ヒステリシスを持たせることで、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替えに伴うハンチングを防止している。
【００３５】
本実施形態における変調処理を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。変調処理は、変調処理部４６３にて行われる処理である。以下、ステップＳ１０１の「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」と記す。他のステップについても同様である。
最初のＳ１０１では、変調処理部４６３は、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２のうち、最も小さいものを最小デューティＭｉｎＤｕｔｙ、２番目に小さいものを中間デューティＭｉｄＤｕｔｙ、最も大きいものを最大デューティＭａｘＤｕｔｙに設定する。
【００３６】
Ｓ１０２では、変調処理部４６３は、現在の下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１か否かを判断する。現在の下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１ではない、すなわち第２下限値ＤＬ２であると判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行する。現在の下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、Ｓ１０３へ移行する。
【００３７】
Ｓ１０３では、変調処理部４６３は、減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１より小さいか否かを判断する。第１判定値ＴＨ１は、デッドタイムに応じた値であって、本実施形態では４％に設定される。減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１以上であると判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、下側固定値Ｌｆｉｘを第１下限値ＤＬ１から変更せず、Ｓ１０７へ移行する。減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１より小さいと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、Ｓ１０４へ移行する。
Ｓ１０４では、変調処理部４６３は、下側固定値Ｌｆｉｘを第２下限値ＤＬ２に変更する。
【００３８】
現在の下側固定値Ｌｆｉｘが第２下限値ＤＬ２である場合（Ｓ１０２：ＮＯ）に移行するＳ１０５では、変調処理部４６３は、減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２より大きいか否かを判断する。第２判定値ＴＨ２は、第１判定値ＴＨ１より大きい所定値（例えば８％）に設定される。減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２以下であると判断された場合（Ｓ１０５：ＮＯ）、下側固定値Ｌｆｉｘを第２下限値ＤＬ２から変更せず、Ｓ１０７へ移行する。減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２より大きいと判断された場合（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。
Ｓ１０６では、変調処理部４６３は、下側固定値Ｌｆｉｘを第１下限値ＤＬ１に変更する。
【００３９】
Ｓ１０７では、変調処理部４６３は、最も小さい相のデューティが下側固定値Ｌｆｉｘとなるように、下べた変調処理を行い、出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３を演算する。出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３は、式（１）〜（３）で演算される。演算された出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３は、デッドタイム調整部４６４に出力される。
Ｄｕ３＝Ｄｕ２−ＭｉｎＤｕｔｙ＋Ｌｆｉｘ    ・・・（１）
Ｄｖ３＝Ｄｖ２−ＭｉｎＤｕｔｙ＋Ｌｆｉｘ    ・・・（２）
Ｄｗ３＝Ｄｗ２−ＭｉｎＤｕｔｙ＋Ｌｆｉｘ    ・・・（３）
【００４０】
変調処理を図６および図７に基づいて説明する。図６および図７は、一定通電にてモータ８０を一定回転させた場合の例であって、図６が低回転時、図７が高回転時である。また、図６および図７において、（ａ）が入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２、（ｂ）が出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３を示している。また、図６（ｃ）は、図６（ｂ）の区間Ｃ１を拡大した図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）の区間Ｃ２を拡大した図である。図６および図７では、横軸を電気角、縦軸をデューティまたは減算値ｄｉｆｆ１とし、図６（ｂ）、（ｃ）、および、図７（ｃ）は、縦方向に拡大している。なお、上述の通り、本実施形態では、第１下限値ＤＬ１＝０％であるが、煩雑になることを避けるため、図６（ｂ）、（ｃ）および図７（ｂ）、（ｃ）では、横軸を０よりも下側にずらして記載している。また、説明を簡略化するため、図６および図７では、デッドタイムが０での波形を示す。なお、デッドタイムが０でない場合、相電流の方向に応じてデッドタイム補償量Ｄｄｔの加減算が切り替わることによるデューティの増減があるものの、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替えに係る箇所の波形は、デッドタイムが０である場合と同様である。
【００４１】
図６および図７に示すように、本実施形態では、下側固定値Ｌｆｉｘを切り替えることで、全ての相のデューティが回避デューティＤａとならないようにしている。図６および図７では、下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１である期間を期間Ｐ１、第２下限値ＤＬ２である期間を期間Ｐ２としている。
【００４２】
本実施形態では、減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１より小さくなったタイミング、すなわち図６中のθ１１、θ１３、θ１５および図７中のθ２１、θ２３、θ２５にて、下側固定値Ｌｆｉｘを第１下限値ＤＬ１から第２下限値ＤＬ２に切り替えている。ここで、第２下限値ＤＬ２と第１下限値ＤＬ１との切り替えを、同一の判定値にて行った場合、電気角θｅや振幅の変動等により、下側固定値Ｌｆｉｘが頻繁に切り替わるハンチングが生じる虞がある。そこで本実施形態では、下側固定値Ｌｆｉｘが第２下限値ＤＬ２に切り替わった場合、減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２を超えるまでの間、下側固定値Ｌｆｉｘが第２下限値ＤＬ２での下べた変調処理を継続する。
【００４３】
また、減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２より大きくなったタイミング、すなわち図６中のθ１２、θ１４、θ１６および図７中のθ２２、θ２４、θ２６にて、下側固定値Ｌｆｉｘを第２下限値ＤＬ２から第１下限値ＤＬ１に切り替えている。そして、下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１に切り替わった場合、減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１より小さくなるまでの間、下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１での下べた変調処理を継続する。
これにより、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替えに伴うハンチングを防止することができるので、ハンチングにより生じる音や振動の発生を抑制することができる。
【００４４】
図４に戻り、デッドタイム調整部４６４は、下側固定値Ｌｆｉｘが第１下限値ＤＬ１のとき、すなわち最も小さい相のデューティが０％となるように下べた変調されているとき、デッドタイム補償部４６２にて予め補正されているデッドタイム補償量Ｄｄｔを調整する調整処理を行い、調整後デューティＤｕ４、Ｄｖ４、Ｄｗ４を演算する。また、デッドタイム調整部４６４は、下側固定値Ｌｆｉｘが第２下限値ＤＬ２の場合、調整処理は行わず、出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３、Ｄｗ３を、そのまま調整後デューティＤｕ４、Ｄｖ４、Ｄｗ４とする。
【００４５】
ここでは、出力デューティＤｕ３が第１下限値ＤＬ１＝０％に下べた変調されている場合を例に説明する。Ｕ相のデューティが０％の場合、ＳＷ素子１１がオフ、ＳＷ素子１４がオンの状態が継続されるため、デッドタイムの影響を受けない。そのため、デッドタイム補償部４６２で予め補正されているデッドタイム補償量Ｄｄｔ分の調整を行う。本実施形態では、最も小さい相であるＵ相の出力デューティＤｕ３を調整することに替えて、Ｖ相およびＷ相の出力デューティＤｖ３、Ｄｗ３を調整することで、調整処理を行う。
【００４６】
Ｕ相電流Ｉｕが負のときには、Ｕ相の出力デューティＤｕ３にはデッドタイム補償量Ｄｄｔが減算されているので、出力デューティＤｕ３にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算することに替えて、出力デューティＤｖ３、Ｄｗ３からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算する（式（４）〜（６）参照）。また、式（７）、（８）に示すように、出力デューティＤｖ３、Ｄｗ３からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算することで、線間電圧としては、出力デューティＤｕ３にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算したのと同じ効果を得ることができる。
【００４７】
Ｄｕ４＝Ｄｕ３    ・・・（４）
Ｄｖ４＝Ｄｖ３−Ｄｄｔ    ・・・（５）
Ｄｗ４＝Ｄｗ３−Ｄｄｔ    ・・・（６）
Ｄｕ４−Ｄｖ４＝（Ｄｕ３＋Ｄｄｔ）−Ｄｖ３    ・・・（７）
Ｄｕ４−ＤＷ４＝（Ｄｕ３＋Ｄｄｔ）−Ｄｗ３    ・・・（８）
【００４８】
また、Ｕ相電流Ｉｕが正のときには、Ｕ相の出力デューティＤｕ３にはデッドタイム補償量Ｄｄｔが加算されているので、出力デューティＤｕ３からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算することに替えて、出力デューティＤｖ３、Ｄｗ３にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算する（式（９）〜（１１）参照）。また、式（１２）、（１３）に示すように、出力デューティＤｖ３、Ｄｗ３にデッドタイム補償量Ｄｄｔを加算することで、線間電圧として、出力デューティＤｕ３からデッドタイム補償量Ｄｄｔを減算したのと同じ効果を得ることができる。
【００４９】
Ｄｕ４＝Ｄｕ３    ・・・（９）
Ｄｖ４＝Ｄｖ３＋Ｄｄｔ    ・・・（１０）
Ｄｗ４＝Ｄｗ３＋Ｄｄｔ    ・・・（１１）
Ｄｕ４−Ｄｖ４＝（Ｄｕ３−Ｄｄｔ）−Ｄｖ３    ・・・（１２）
Ｄｕ４−Ｄｗ４＝（Ｄｕ３−Ｄｄｔ）−Ｄｗ３    ・・・（１３）
【００５０】
最も小さい相のデューティが出力デューティＤｖ３＝０の場合、出力デューティＤｕ３、Ｄｗ３を調整し、最も小さい相のデューティが出力デューティＤｗ３＝０の場合、出力デューティＤｕ３、Ｄｖ３を調整する。調整方法の詳細は、最も小さい相のデューティが出力デューティＤｕ３である場合と同様である。
【００５１】
擬似デューティ演算部４６５は、デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*を演算する。
３相２相変換部４１における処理からデッドタイム調整部４６４までの処理を「制御演算処理」とすると、当該制御演算処理を行うには、所定の時間を要する。ここで、例えば、制御演算処理の演算頻度と同様の頻度でデューティ更新を行うと、音が発生する場合等、制御演算処理よりも高い頻度でのデューティ更新が所望されることがある。そこで、擬似デューティ演算部４６５では、所望の頻度でのデューティ更新が可能となるように、擬似デューティ演算処理を行う。例えば、特開２０１２−１２５０２２のように、前回演算値と今回演算値とを線形補間することで、中間値を演算可能である。制御演算処理での演算値に加え、中間値を用いることで、制御演算処理に要する時間によらず、所望の頻度でのデューティ更新が可能となる。擬似デューティ演算部４６５は、デッドタイム調整部４６４にて演算された調整後デューティＤｕ４、Ｄｖ４、Ｄｗ４に加え、擬似デューティ演算部４６５にて演算された中間値を、デューティ指令値Ｄｕ*、Ｄｖ*、Ｄｗ*として、デューティ更新部４７に出力する（図３参照）。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１は、巻線組８１を備えるモータ８０の電力を変換するものであって、インバータ部１０と、制御部４０と、を備える。
インバータ部１０は、巻線組８１の各相に対応して設けられる複数のスイッチング素子１１〜１６を有する。
【００５３】
制御部４０は、ＰＷＭ制御によってＳＷ素子１１〜１６のオンオフ作動を制御することで巻線組８１の電流を制御するものであって、変調処理部４６３を有する。変調処理部４６３は、最も小さい入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２である最小デューティｍｉｎＤｕｔｙが、第１下限値ＤＬ１または第２下限値ＤＬ２である下側固定値Ｌｆｉｘとなるように中性点電圧を低電圧側にシフトする下シフト処理を行う。
【００５４】
本実施形態では、下シフト処理における第１下限値ＤＬ１から第２下限値ＤＬ２への切り替えに係る第１判定値ＴＨ１と、第２下限値ＤＬ２から第１下限値ＤＬ１への切り替えに係る第２判定値ＴＨ２とは、異なる値である。
変調処理部４６３は、入力デューティＤｕ２、Ｄ２、Ｄｗ２の差に基づき、第１下限値ＤＬ１または第２下限値ＤＬ２を選択する。
【００５５】
本実施形態では、入力デューティＤｕ２、Ｄ２、Ｄｗ２の差に基づき、下側固定値Ｌｆｉｘを第１下限値ＤＬ１とするか、第２下限値ＤＬ２とするかを選択しているので、全ての相のデューティが回避デューティＤａとならないようにすることができる。これにより、線間電圧の歪みを低減することができる。また、第１判定値ＴＨ１と第２判定値ＴＨ２とを異なる値とすることで、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替え前後でのハンチングを防ぐことができる。これにより、ハンチングの発生による音や振動の発生を抑制することができる。特に、本実施形態のようにデッドタイム補償処理等、細かな補償処理を行っている場合、デューティの変動等が生じやすいが、第１判定値ＴＨ１と第２判定値ＴＨ２を異なる値とすることで、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替えを適切に行うことができる。
【００５６】
変調処理部４６３は、下シフト処理を行う場合、２番目に小さい入力デューティである中間デューティｍｉｄＤｕｔｙと、最も小さい入力デューティである最小デューティｍｉｎＤｕｔｙとの差に基づき、下側固定値Ｌｆｉｘとする第１下限値ＤＬ１または第２下限値ＤＬ２を選択する。これにより、第１下限値ＤＬ１または第２下限値ＤＬ２を適切に選択することができる。
【００５７】
第２下限値ＤＬ２は、第１下限値ＤＬ１より大きい値である。第２判定値ＴＨ２は、第１判定値ＴＨ１より大きい値である。
変調処理部４６３は、２番目に小さい入力デューティである中間デューティｍｉｄＤｕｔｙから最も小さい入力デューティである最小デューティｍｉｎＤｕｔｙを減算した減算値ｄｉｆｆ１が第１判定値ＴＨ１より小さい場合、下側固定値Ｌｆｉｘを第１下限値ＤＬ１から第２下限値ＤＬ２に切り替える。また、変調処理部４６３は、減算値ｄｉｆｆ１が第２判定値ＴＨ２より大きい場合、下側固定値Ｌｆｉｘを第２下限値ＤＬ２から第１下限値ＤＬ１に切り替える。
これにより、下側固定値Ｌｆｉｘの切り替え前後におけるハンチングの発生を適切に防ぐことができる。
【００５８】
電力変換装置１は、インバータ部１０の低電位側に設けられる電流検出部２０を備える。詳細には、電流検出部２０の電流検出素子２１〜２３は、下アーム素子１４〜１６と下側母線１８との間に設けられる。これにより、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを適切に検出することができる。
本実施形態では、電流検出部２０の電流検出素子２１〜２３は、シャント抵抗であるので、下アーム素子１４〜１６は、シャント抵抗での発熱により、上アーム素子１１〜１３より温度上昇しやすい。本実施形態では、変調処理部４６３における変調処理を下べた変調とすることで、変調処理を行わない場合、或いは、後述の上べた変調を行う場合と比較し、下アーム素子１４〜１６がオンされる期間が短くなる。これにより、素子間での発熱の偏りが低減される。
【００５９】
本実施形態では、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２が「相電圧指令値」に対応する。また、第１下限値ＤＬ１が「第１固定値」に対応し、第２下限値ＤＬ２が「第２固定値」に対応する。
【００６０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。
本実施形態は、変調処理部４６３における処理が第１実施形態と異なっているので、この点を中心に説明する。
本実施形態では、変調処理部４６３は、最も大きい相のデューティが上側固定値Ｈｆｉｘとなるように変調することで、中性点電圧が高電圧側にシフトされる上シフト処理が行われる。本実施形態では、上シフト処理が「変調処理」に対応する。以下、最も大きい相のデューティが上側固定値Ｈｆｉｘとなるように変調することを、「上べた変調」とする。
【００６１】
変調処理部４６３は、上側固定値Ｈｆｉｘを、第１上限値ＤＨ１とするか、第２上限値ＤＨ２とするかを、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２の差に基づいて切り替える。本実施形態では、第１上限値ＤＨ１を１００％とする。また、第２上限値ＤＨ２は、デッドタイムに応じて設定される値である。本実施形態では、上記実施形態と同様、デッドタイムを４％とすると、第２上限値ＤＨ２は、９６（＝１００−４）％とする。
また、上べた変調時の回避デューティＤａは、９６＜Ｄａ＜１００である。なお、デューティ１００％は、上アーム素子１１〜１３をオン、下アーム素子１４〜１６をオフすることで出力可能であるので、回避デューティＤａから除外する。
【００６２】
ここで、最大デューティＭａｘＤｕｔｙから中間デューティＭｉｄＤｕｔｙを減算した値を減算値ｄｉｆｆ２とすると、０＜ｄｉｆｆ２＜４の場合、最も大きい相のデューティが第１上限値ＤＨ１となるように上べた変調すると、真ん中の相のデューティが回避デューティＤａとなり、線間電圧に歪みが生じる。そのため、全ての相のデューティが回避デューティＤａとならないように、減算値ｄｉｆｆ２に応じて、上側固定値Ｈｆｉｘを切り替えている。
また、上側固定値Ｈｆｉｘを、第１上限値ＤＨ１から第２上限値ＤＨ２に切り替える場合と、第２上限値ＤＨ２から第１上限値ＤＨ１に切り替える場合とで、同一の判定値を用いると、切り替え前後でハンチングが生じる虞があり、ハンチングが生じると音や振動の原因となる。
【００６３】
そこで本実施形態では、上べた変調処理における上側固定値Ｈｆｉｘを、第１上限値ＤＨ１から第２上限値ＤＨ２に切り替える場合と、第２上限値ＤＨ２と第１上限値ＤＨ１に切り替える場合の判定値とを異なる値とし、ヒステリシスを持たせることで、上側固定値Ｈｆｉｘの切り替えに伴うハンチングを防止している。
【００６４】
本実施形態における変調処理を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。変調処理は、変調処理部４６３にて行われる処理である。
最初のＳ２０１は、図５中のＳ１０１と同様である。
Ｓ２０２は、変調処理部４６３は、現在の上側固定値Ｈｆｉｘが第１上限値ＤＨ１か否かを判断する。現在の上側固定値Ｈｆｉｘが第１上限値ＤＨ１ではない、すなわち第２上限値ＤＨ２であると判断された場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、Ｓ２０５へ移行する。現在の上側固定値Ｈｆｉｘが第１上限値ＤＨ１であると判断された場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、Ｓ２０３へ移行する。
【００６５】
Ｓ２０３では、変調処理部４６３は、減算値ｄｉｆｆ２が第１判定値ＴＨ１より小さいか否かを判断する。第１判定値ＴＨ１は、上記実施形態と同様、デッドタイムに応じた値であって、本実施形態では４％に設定される。減算値ｄｉｆｆ２が第１判定値ＴＨ１以上であると判断された場合（Ｓ２０３：ＮＯ）、上側固定値Ｈｆｉｘを第１上限値ＤＨ１から変更せず、Ｓ２０７へ移行する。減算値ｄｉｆｆ２が第１判定値ＴＨ１より小さいと判断された場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、Ｓ２０４へ移行する。
Ｓ２０４では、変調処理部４６３は、上側固定値Ｈｆｉｘを第２上限値ＤＨ２に変更する。
【００６６】
現在の上側固定値Ｈｆｉｘが第２上限値ＤＨ２である場合（Ｓ２０２：ＮＯ）に移行するＳ２０５では、変調処理部４６３は、減算値ｄｉｆｆ２が第２判定値ＴＨ２より大きいか否かを判断する。第２判定値ＴＨ２は、第１判定値ＴＨ１より大きい所定値（例えば８％）に設定される。減算値ｄｉｆｆ２が第２判定値ＴＨ２以下であると判断された場合（Ｓ２０５：ＮＯ）、上側固定値Ｈｆｉｘを第２上限値ＤＨ２から変更せず、Ｓ２０７へ移行する。減算値ｄｉｆｆ２が第２判定値ＴＨ２より大きいと判断された場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、Ｓ２０６へ移行する。
Ｓ２０６では、変調処理部４６３は、上側固定値Ｈｆｉｘを第１上限値ＤＨ１に変更する。
Ｓ２０７の処理は、図５中のＳ１０７と同様である。
【００６７】
本実施形態では、変調処理部４６３は、最も大きい入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２である最大デューティＭａｘＤｕｔｙが第１上限値ＤＨ１または第２上限値ＤＨ２である上側固定値Ｈｆｉｘとなるよう中性点電圧を高電圧側にシフトする上シフト処理を行う。
【００６８】
本実施形態では、上シフト処理における第１上限値ＤＨ１から第２上限値ＤＨ２への切り替えに係る第１判定値ＴＨ１と、第２上限値ＤＨ２から第１上限値ＤＨ１への切り替えに係る第２判定値ＴＨ２とを異なる値である。
変調処理部４６３は、入力デューティＤｕ２、Ｄ２、Ｄｗ２の差に基づき、第１上限値ＤＨ１または第２上限値ＤＨ２を選択する。
これにより、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、入力デューティＤｕ２、Ｄｖ２、Ｄｗ２が「相電圧指令値」に対応する。また、第１上限値ＤＨ１が「第１固定値」に対応し、第２上限値ＤＨ２が「第２固定値」に対応する。
【００６９】
（他の実施形態）
（ア）変調処理部
上記実施形態では、変調処理部は、デューティ変換処理、デッドタイム補償処理、変調処理、デッドタイム調整処理、および、擬似デューティ演算処理を、この順で行う。他の実施形態では、処理順を入れ替えてもよい。また、デッドタイム補償処理、デッドタイム調整処理、および、擬似デューティ演算処理の少なくとも１つを省略してもよい。
【００７０】
上記実施形態では、デッドタイム調整部は、下側固定値が第１下限値である場合、デューティが最も小さい相に替えて、２番目に小さい相および最も大きい相のデューティを調整する。他の実施形態では、デッドタイム調整部は、下側固定値が第１下限値である場合、最も小さい相のデューティを調整してもよい。
上記実施形態では、変調処理部は、相電圧指令値をデューティ換算した値を用いて各処理を行う。他の実施形態では、変調処理部は、デューティ換算前の相電圧指令値そのものを用いて各処理を行ってもよい。すなわち、相電圧指令値は、上記実施形態における入力デューティに限らず、相電圧指令値そのものであってもよいし、相電圧指令値から換算されるデューティ等、どのような値であってもよい。
【００７１】
第１実施形態では、下べた変調時において、変調処理部は、中間デューティと最小デューティとの差に基づいて、第１下限値または第２下限値を選択するとともに、第１下限値または第２下限値の一方から他方への切り替えを判定する。他の実施形態では、下べた変調時において、変調処理部は、中間デューティと最小デューティとの差に替えて、最大デューティと中間デューティとの差、または、最大デューティと最小デューティとの差に基づいて、第１下限値または第２下限値を選択してもよいし、第１下限値または第２下限値の一方から他方への切り替えを判定してもよい。
【００７２】
第２実施形態では、上べた変調時において、変調処理部は、最大デューティと中間デューティとの差に基づいて、第１上限値または第２上限値を選択するとともに、第１上限値または第２上限値の一方から他方への切り替えを判定する。他の実施形態では、上べた変調時において、変調処理部は、最大デューティと中間デューティとの差に替えて、中間デューティと最小デューティとの差、または、最大デューティと最小デューティとの差に基づいて、第１上限値または第２上限値を選択してもよいし、第１上限値または第２上限値の一方から他方への切り替えを判定してもよい。
【００７３】
（イ）電流検出部
上記実施形態では、電流検出部は、インバータ部の低電位側に設けられる。他の実施形態では、電流検出部をインバータ部の高電位側に設けてもよいし、インバータ部と巻線組との間に設けてもよい。上記実施形態では、電流検出素子は、シャント抵抗である。他の実施形態では、電流検出素子は、相電流を検出可能なものであれば、シャント抵抗に限らず、例えばホールＩＣ等、どのようなものを用いてもよい。
【００７４】
（ウ）回転電機
上記実施形態では、回転電機には、１組の巻線組が設けられる。他の実施形態では、回転電機には、複数の巻線組が設けられていてもよい。複数の巻線組が設けられる場合、電力変換装置には、巻線組の数に応じた複数のインバータ部が設けられ、巻線組ごとにインバータ部が設けられるようにしてもよい。また、複数のインバータ部に対応して設けられる巻線組は、１つの回転電機に用いられてもよいし、複数の回転電機に用いられてもよい。
【００７５】
上記実施形態では、回転電機は、３相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、ブラシレスモータに限らず、どのようなモータとしてもよい。また、回転電機は、モータに限らず、発電機であってもよいし、電動機と発電機の機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータであってもよい。
上記実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、電力変換装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・電力変換装置
１０・・・インバータ部
１１〜１６・・・スイッチング素子
２０・・・電流検出部
４０・・・制御部
４６３・・・変調処理部
８０・・・モータ（回転電機）
８１・・・巻線組
【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】
0006699385.tif 000006
【図６】
0006699385.tif 000007
【図７】
0006699385.tif 000008
【図８】
0006699385.tif 000009