(57)【要約】【課題】  線形、非線形何れの負荷に対しても、構成を複雑化させることなく、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御を施して、ひずみ電圧の発生を効果的に抑制することができるインバータの出力電圧制御装置とインバータの出力電圧制御を提供すること。【解決手段】  出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、を具備したもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、
上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、
上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、
を具備したことを特徴とするインバータの出力電圧制御装置。
【請求項２】
インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出するインバータ電流検出手段と、
上記インバータ電流検出手段により検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定するフィルタリアクトル電圧推定手段と、
出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、
上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、
上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、
を具備したことを特徴とするインバータの出力電圧制御装置。
【請求項３】
出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、推定されたフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたことを特徴とするインバータの出力電圧制御方法。
【請求項４】
インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出し、検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定し、出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたことを特徴とするインバータの出力電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電力から交流電力を生成するインバータの出力電圧制御装置とインバータの出力電圧制御方法に係り、特に、線形、非線形何れの負荷に対しても、構成を複雑化させることなく、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御を施して、ひずみ電圧の発生を抑制することができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、無停電電源装置（ＵＰＳ）、発電機、エアコン、電車、並列型瞬低補償装置などでは、インバータが使用されている。インバータは、直流電力を交流電力に変換するためのものであるが、ひずみ電圧が発生する。ひずみ電圧が発生する要因の一つとして、インバータに組み込まれているＬＣフィルタのフィルタリアクトル（コイル）における電圧降下及び高調波電流が流れることにより発生する電圧（Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）が挙げられる。又、別の要因として、ＬＣフィルタの共振による電圧振動が挙げられる。
【０００３】
このようなひずみ電圧は、負荷としての各種電子／電気機器の誤動作、過熱、焼損などの原因となり、例えば、蛍光灯の場合には、いわゆる「ちらつき」の原因となる。
【０００４】
そこで、ひずみ電圧の発生を抑制するための制御装置が様々提案されている。この種の制御装置の構成を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、等がある。
まず、特許文献１に記載された発明による「電圧制御方法及び電圧制御装置」の場合には、インバータ電流を検出し、検出したインバータ電流を微分し、その微分した値に一次遅れを施し、電圧指令値に加算するようにしている。又、電流センサによってコンデンサ電流を検出し、この検出したコンデンサ電流を比例ゲイン倍して、上記電圧指令値に加算するようにしている。
【０００５】
次に、特許文献２に記載された発明による「ＰＷＭインバータの出力電圧制御装置」は、出力段ＡＣフィルタとしてのＬＣＬフィルタ（一対のリアクトルの直列接続点にコンデンサを接続したもの）とダンピング抵抗を組み合わせたときのひずみ電圧抑制に関するものであり、共振電圧は上記ダンピング抵抗により抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０６１３１号公報
【特許文献２】特開２００８−１５４４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の構成によると次のような問題がある。
まず、特許文献１に記載された発明の場合には、コンデンサ電流を検出するために新たに電流センサが必要になるという問題がある。
又、特許文献２に記載された発明の場合には、ダンピング抵抗が必要になるとともに、負荷電流を検出するための電流センサが必要になるという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、線形、非線形何れの負荷に対しても、構成を複雑化させることなく、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御を施して、ひずみ電圧の発生を効果的に抑制することができるインバータの出力電圧制御装置とインバータの出力電圧制御を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するべく本発明の請求項１によるインバータの出力電圧制御装置は、出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項２によるインバータの出力電圧制御装置は、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出するインバータ電流検出手段と、上記インバータ電流検出手段により検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定するフィルタリアクトル電圧推定手段と、出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、を具備したことを特徴とするものである。
又、請求項３によるインバータの出力電圧制御方法は、出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、推定されたフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項４によるインバータの出力電圧制御方法は、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出し、検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定し、出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明の請求項１によるインバータの出力電圧制御装置によると、出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、を具備しているので、線形、非線形何れの負荷に対しても、電圧振動抑制制御を施すことができる。
又、請求項２によるインバータの出力電圧制御装置によると、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出するインバータ電流検出手段と、上記インバータ電流検出手段により検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定するフィルタリアクトル電圧推定手段と、出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出手段と、上記出力電圧検出手段により検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定するフィルタコンデンサ電流推定手段と、上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正する電圧指令値補正手段と、を具備しているので、線形、非線形何れの負荷に対しても、インピーダンス電圧補償制御、電圧振動抑制制御を施すことができる。
又、請求項３によるインバータの出力電圧制御方法によると、出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、推定されたフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたので、線形、非線形何れの負荷に対しても、電圧振動抑制制御を行うことができる。
又、請求項４によるインバータの出力電圧制御方法によると、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出し、検出されたインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定し、出力電圧（Ｖｏ）を検出し、検出された出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定し、上記フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）と上記フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値に基づき電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正するようにしたので、線形、非線形何れの負荷に対しても、インピーダンス電圧補償制御、電圧振動抑制制御を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図で、インバータ、負荷、インバータの出力電圧制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す図で、制御の内容を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態による制御を実施しない場合と実施した場合の作用・効果を対比して示す図で、図３（ａ）は本発明の一実施の形態による制御を実施しない場合のシミュレーションによる出力電圧の特性を示す図、図３（ｂ）は本発明の一実施の形態による制御を実施しない場合のシミュレーションによるインバータ電流の特性を示す図、図３（ｃ）は本発明の一実施の形態による制御を実施した場合のシミュレーションによる出力電圧の特性を示す図、図３（ｄ）は本発明の一実施の形態による制御を実施した場合のシミュレーションによるインバータ電流の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１乃至図３を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、インバータ１に負荷２を接続した構成を示す図であり、まず、インバータ入力電源（Ｖｄｃ）３がある。このインバータ入力電源（Ｖｄｃ）３にはスイッチング回路５が接続されている。このスイッチング回路５は、スイッチ素子（Ｇ１）７、スイッチ素子（Ｇ２）９、スイッチ素子（Ｇ３）１１、スイッチ素子（Ｇ４）１３から構成されている。
【００１３】
上記スイッチング回路５には、ＬＣフィルタ回路１５が接続されている。このＬＣフィルタ回路１５は、フィルタリアクトル巻線抵抗（ｒ）１７とフィルタリアクトル（Ｌｆ）１９とフィルタコンデンサ（Ｃｆ）２１の直列回路が接続されている。
【００１４】
上記フィルタリアクトル巻線抵抗（ｒ）１７とフィルタリアクトル（Ｌｆ）１９とフィルタコンデンサ（Ｃｆ）２１の直列回路には、リアクトル（Ｌｒｅｃ）２３を介して、既に説明した負荷２が接続されている。この負荷２は、４個のダイオード２５、２７、２９、３１のブリッジ回路に平滑用コンデンサ（Ｃｄｃ）３３が接続されているとともに、負荷抵抗（Ｒｄｃ）３５が接続されている。
因みに、この負荷２は非線形負荷である。
【００１５】
又、上記インバータ１においては、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出するインバータ電流検出部４１があり、又、出力電圧（Ｖｏ）を検出する出力電圧検出部４３がある。
尚、これらインバータ電流検出部４１及び出力電圧検出部４３は、過電流保護や過電圧保護の為に装備されているものであり、本実施の形態による制御を実施するために新たに追加されたものではない。
【００１６】
次に、出力電圧制御装置５１の構成を説明する。上記出力電圧制御装置５１には、フィルタリアクトル電圧推定手段５３が設置されているとともに、フィルタコンデンサ電流推定手段５５が設置されている。
【００１７】
上記インバータ電流検出部４１からのインバータ電流（Ｉｉｎｖ）検出信号は上記フィルタリアクトル電圧推定手段５３に入力される。上記フィルタリアクトル電圧推定手段５３は、入力したインバータ電流（Ｉｉｎｖ）に「不完全微分」を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定する。上記「不完全微分」であるが、これは、一次遅れ（ローパスフィルタ）作用によって、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）の高調波成分を除去し、それに微分を施す処理である。分子（微分項）の内容を次の式（Ｉ）に示す。
ＶＬ＊＝Ｌ・ｄＩｉｎｖ／ｄｔ＝ＴＬ・ｄＩｉｎｖ／ｄｔ＝ＴＬ・ｓ・Ｉｉｎｖ
―――（Ｉ）
但し、
ＶＬ＊ ：フィルタリアクトル電圧の推定値                
Ｌ    ：ＴＬ  
Ｉｉｎｖ：インバータ電流
ＴＬ    ：フィルタリアクトル値（一次遅れ時定数）
ｓ    ：ｄ／ｄｔ
【００１８】
又、上記出力電圧検出部４３からの出力電圧（Ｖｏ）検出信号は上記フィルタコンデンサ電流推定手段５５に入力される。上記フィルタコンデンサ電流推定手段５５は、入力した出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施して、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定する処理を行う。ここで規定する不完全微分も、一次遅れ（ローパスフィルタ）作用によって、出力電圧（Ｖｏ）の高調波成分を除去し、それに微分を施す処理である。分子（微分項）の内容を次の式（ＩＩ）に示す。
Ｉｃ＊＝Ｃ・ｄＶｏ／ｄｔ＝Ｔｃ・ｄＶｏ／ｄｔ＝Ｔｃ・ｓ・Ｖｏ
―――（ＩＩ）
但し、
Ｉｃ＊ ：フィルタコンデンサ電流の推定値
Ｃ   ：Ｔｃ
Ｖｏ    ：出力電圧
Ｔｃ  ：フィルタコンデンサ容量（一次遅れ時定数）
ｓ   ：ｄ／ｄｔ
【００１９】
又、上記出力電圧制御装置５１には乗算器５７が設置されている。上記フィルタコンデンサ電流推定手段５５によって推定されたフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）はこの乗算器５７に入力される。乗算器５７は、入力したフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍する。このゲイン（Ｋｃ）は、ダンピング抵抗に相当する比例ゲインである。
因みに、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍することにより電圧値となる。
【００２０】
上記出力電圧制御装置５１には加算器５９が設置されている。上記フィルタリアクトル電圧推定手段５３により推定されたフィルタ電圧（ＶＬ＊）を示す信号と、上記乗算器５７によって乗算された信号（Ｉｃ＊×Ｋｃ）が、この加算器５９に入力され加減算される。加算器５９で加減算された信号は、加算器６１に入力され、そこで、電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）に対する加算が行われる。その加算された信号はＰＷＭ制御部６３に入力される。そこからの出力信号が、既に説明したスイッチング回路５に入力される。
このようにして、電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）が補正されることになる。
【００２１】
次に、図２のフローチャートを参照して、出力電圧制御装置の処理内容を整理する。
まず、ステップＳ１において、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）と出力電圧（Ｖｏ）を検出する。次に、ステップＳ２に移行して、フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）とフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定する。次に、ステップＳ３に移行して、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍する。次に、ステップＳ４に移行して、新たな電圧指令値を算出する。すなわち、電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）にフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を加算するとともに、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値を減算して新たな電圧指令値を算出する。次に、ステップＳ５に移行して、ＰＷＭ制御信号を作成する。
尚、上記電圧指令値（Ｖｒｅｆ）にフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を加算する処理がインピーダンス電圧補償に該当し、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）をゲイン（Ｋｃ）倍した値を減算する処理が電圧振動抑制制御に該当する。
【００２２】
以上本実施の形態によると次のような効を奏することができる。
まず、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）に不完全微分を施してフィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定し、出力電圧（Ｖｏ）に不完全微分を施してフィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定してそれをゲイン（Ｋｃ）倍し、それらの値を電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）に加減算して新たな電圧指令値としているので、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御を施して、ひずみ電圧の発生を抑制することができ、ひずみ電圧に起因した様々な不具合の発生を防止することができる。
又、本実施の形態の場合には、インピーダンス電圧補償を施すだけでなく、電圧振動抑制制御をも施すようにしているので、上記ひずみ電圧の発生を効果的に抑制することができる。
又、本実施の形態の場合には、インバータ電流（Ｉｉｎｖ）を検出するとともに、出力電圧（Ｖｏ）を検出するために、新たな検出センサを設置する必要はなく、インバータ回路１が装備しているインバータ電流検出部４１、出力電圧検出部４３をそのまま使用すればよいので、構成の簡略化、コストの低減を図ることができる。
【００２３】
ここで、本実施の形態による制御を実施しない場合と実施した場合の作用・効果の違いを確認する。
図３は、本実施の形態による制御を実施しない場合と実施した場合の出力電圧（Ｖｏ）とインバータ電流（Ｉｉｎｖ）をシミュレーションした結果を示す図である。
まず、図３（ａ）は横軸に時間をとり縦軸に出力電圧（Ｖｏ）をとり、本実施の形態による制御を実施しない場合の出力電圧（Ｖｏ）の時間変化を示しており、図３（ｂ）は横軸に時間をとり縦軸にインバータ電流（Ｉｉｎｖ）をとり、本実施の形態による制御を実施しない場合のインバータ電流（Ｉｉｎｖ）の時間変化を示している。何れの特性をみても、波形にひずみが発生していることがわかる。
【００２４】
一方、図３（ｃ）は横軸に時間をとり縦軸に出力電圧（Ｖｏ）をとり、本実施の形態による制御を実施した場合の出力電圧（Ｖｏ）の時間変化を示しており、図３（ｄ）は横軸に時間をとり縦軸にインバータ電流（Ｉｉｎｖ）をとり、本実施の形態による制御を実施した場合のインバータ電流（Ｉｉｎｖ）の時間変化を示している。何れの特性をみても、図３（ａ）、（ｂ）に示すような波形ひずみが抑制されている。
【００２５】
尚、本発明は前記一実施の形態に限定されるものではない。
例えば、前記一実施の形態の場合には、フィルタリアクトル電圧（ＶＬ＊）を推定するとともに、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定してそれをゲイン（Ｋｃ）倍し、それらの値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正することにより、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御の両方を施すようにしたが、それに限定されるものではない。例えば、フィルタコンデンサ電流（Ｉｃ＊）を推定してそれをゲイン（Ｋｃ）倍し、その値に基づいて電圧指令値（Ｖｒｅｆ＊）を補正し、電圧振動抑制制御のみを施すようにしてもよい。
又、インバータの構成は図示した構成に限定されず様々な構成の回路が想定される。
又、前記一実施の形態の場合には、非線形の負荷を想定した場合を例に挙げて説明したが、線形の負荷に対しても同様に適用できる。
その他、各部の構成はあくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、直流電力から交流電力を生成するインバータの出力電圧制御装置とインバータの出力電圧制御方法に係り、特に、線形、非線形何れの負荷に対しても、構成を複雑化させることなく、インピーダンス電圧補償と電圧振動抑制制御を施して、ひずみ電圧の発生を抑制することができるように工夫したものに関し、例えば、無停電電源装置（ＵＰＳ）、発電機、エアコン、電車、並列型瞬低補償装置などで使用されているインバータに好適である。
【符号の説明】
【００２７】
１  インバータ
２  負荷
４１  インバータ電流検出部（インバータ電流検出手段）
４３  出力電圧検出部（出力電圧検出手段）
５１  出力電圧制御装置
５３  フィルタリアクトル電圧推定手段
５５  フィルタコンデンサ電流推定手段
５７  乗算器（電圧指令値補正手段の一部）
５９  加算器（電圧指令値補正手段の一部）
６１  加算器（電圧指令値補正手段の一部）
６３  ＰＷＭ制御部
【図１】
2016039744.tif 000003
【図２】
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【図３】
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