JP2007049801A - モータ駆動用インバータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ側の結線状態を調べる機能を備えた安価で安全なモータ駆動用インバータ装置を提供する。
【解決手段】インバータ装置10は、モータ側の断線によって流れる電流が変化することに着目し、この変化を計算して、モータ3の断線を判定する。装置は、インバータ回路1と制御回路とを有し、制御回路に、モータ側の結線状態を調べる断線検出部5を設ける。この断線検出部5は、モータ3の保持ブレーキないし固定手段を作動させてその回転を固定した上で、電流指令Id、Iqとして任意の固定値を制御回路へ入力し、制御回路のd−q逆変換部7における所定の電気角θ’でモータへ流れるU相、V相およびW相電流Iu、Iv、Iwの比を算出して、これらの比からモータ側の断線を判定する。
【選択図】図1
【解決手段】インバータ装置10は、モータ側の断線によって流れる電流が変化することに着目し、この変化を計算して、モータ3の断線を判定する。装置は、インバータ回路1と制御回路とを有し、制御回路に、モータ側の結線状態を調べる断線検出部5を設ける。この断線検出部5は、モータ3の保持ブレーキないし固定手段を作動させてその回転を固定した上で、電流指令Id、Iqとして任意の固定値を制御回路へ入力し、制御回路のd−q逆変換部7における所定の電気角θ’でモータへ流れるU相、V相およびW相電流Iu、Iv、Iwの比を算出して、これらの比からモータ側の断線を判定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電気モータを駆動するためのインバータ装置に係り、特に、モータ側の結線状態を調べる機能を備えたインバータ装置に関する。
モータをインバータ回路で作動させるシステムが産業分野で用いられている。このような産業分野の用途では、作業開始前にモータ側の結線状態を確認して異常運転を未然に防ぐことが作業安全ならびに効率上から望ましい。
そのため、電動機を駆動するインバータ装置において、始動前に負荷側に対してテストパルスを出力してその導通状態を検出可能にする装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−137345号公報
そのため、電動機を駆動するインバータ装置において、始動前に負荷側に対してテストパルスを出力してその導通状態を検出可能にする装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上述のような検出可能の装置は、インバータ装置内に断線検出回路や電流検出手段を別途設ける必要がある。そのため、汎用のインバータをそのまま採用することができず、特殊な構成を必要としてコストアップとなる。
本発明は、上記問題に鑑みて、内部に断線検出機能を持たない従来のインバータ装置であっても、装置構造の変更を要せずに、モータの断線を検知することのできるモータ駆動用インバータ装置の提供を目的とする。
本発明は、モータ側の断線によって流れる電流が変化することに着目し、この変化をソフトウェアで計算して、モータの断線を判定するものである。
本発明によるモータ駆動用インバータ装置は、インバータ回路と制御回路とを含み、制御回路が入力された電流指令に応じてインバータ回路を制御し、3相交流を変換させてモータを駆動する。この装置は、モータ側の結線状態を調べる断線検出部を設け、該断線検出部は、断線検出時に、モータの保持ブレーキないし固定手段を作動させてその回転を固定した上で、電流指令として任意の固定値を制御回路へ入力し、制御回路のd−q逆変換部における所定の電気角でモータへ流れるU相、V相およびW相電流の比を算出して、これらの比からモータ側の断線を判定することを特徴とする。
本発明によるモータ駆動用インバータ装置は、インバータ回路と制御回路とを含み、制御回路が入力された電流指令に応じてインバータ回路を制御し、3相交流を変換させてモータを駆動する。この装置は、モータ側の結線状態を調べる断線検出部を設け、該断線検出部は、断線検出時に、モータの保持ブレーキないし固定手段を作動させてその回転を固定した上で、電流指令として任意の固定値を制御回路へ入力し、制御回路のd−q逆変換部における所定の電気角でモータへ流れるU相、V相およびW相電流の比を算出して、これらの比からモータ側の断線を判定することを特徴とする。
上記断線検知部は、所定の電気角を0°および180°のグループA、60°および240°のグループB、そして120°および300°のグループCとし、グループAではV相およびW相電流の比を、グループBではU相およびW相電流の比を、またグループCではW相およびU相電流の比をそれぞれ算出し、これらグループのうちから2グループ以上の電気角を選択し設定して断線検知を行うことが好適である。
また、断線検出は、算出した電流比の絶対値が0または∞であるか否かで判定することが好適である。
また、断線検出は、算出した電流比の絶対値が0または∞であるか否かで判定することが好適である。
本発明のインバータ装置は、負荷側のモータに備わった保持ブレーキや固定手段を利用してその回転を固定し、この種の従来装置が有する電流検出手段を用いてモータ電流値を検出し、また、電流の比率を計算によって求めることができる。これは、既存の構造に、電流の測定、比計算や、判定のためのソフトウェアを組み込むことによって実施可能である。したがって、この断線検出は、断線検出機構を持たないインバータであっても、装置構造の変更を伴わずに、安価に行うことができる。
なお、この検知には、実電流の比率のみを用いるため、一次電源電圧や、モータの抵抗などにより、実電流の大きさが環境によって変わる場合でも、モータの断線を調べることができる。
また、モータは保持ブレーキないし固定手段により回転固定されるため、異常回転を伴うことなくモータの断線を安全に検出可能である。
なお、この検知には、実電流の比率のみを用いるため、一次電源電圧や、モータの抵抗などにより、実電流の大きさが環境によって変わる場合でも、モータの断線を調べることができる。
また、モータは保持ブレーキないし固定手段により回転固定されるため、異常回転を伴うことなくモータの断線を安全に検出可能である。
次に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、この実施の形態によるモータ駆動用インバータ装置10を示しており、インバータ装置10はインバータ回路1を含んでいる。
インバータ回路1は、コンバータ部、平滑回路部およびインバータ部を有し、入力側を3相交流電源2に、出力側をモータ3に接続している。モータ3は、保持ブレーキないしモータ固定手段を設けたものである。
図1は、この実施の形態によるモータ駆動用インバータ装置10を示しており、インバータ装置10はインバータ回路1を含んでいる。
インバータ回路1は、コンバータ部、平滑回路部およびインバータ部を有し、入力側を3相交流電源2に、出力側をモータ3に接続している。モータ3は、保持ブレーキないしモータ固定手段を設けたものである。
インバータ装置10はさらに、電流検出手段4、断線検出部5、電流制御部6、d−q逆変換部7、d−q変換部8および電圧変換部9から成る制御回路を有する。
これら電流検出手段4、電流制御部6、d−q逆変換部7、d−q変換部8および電圧変換部9は、インバータ回路1を制御するために、図1に示すような接続関係にある。また、断線検出部5は、モータ3側の断線状態を検出するために、電流検出手段4、電流制御部6、d−q変換部8およびモータ3の保持ブレーキないしモータ固定手段に接続している。
これら電流検出手段4、電流制御部6、d−q逆変換部7、d−q変換部8および電圧変換部9は、インバータ回路1を制御するために、図1に示すような接続関係にある。また、断線検出部5は、モータ3側の断線状態を検出するために、電流検出手段4、電流制御部6、d−q変換部8およびモータ3の保持ブレーキないしモータ固定手段に接続している。
このような構成のインバータ装置10では、断線検出部5へ入力される電流指令Id、Iqに基づいて、電圧変換部9がPWM周波数を出力し、インバータ回路1が、このPWM周波数に基づいて電源2の電圧によりモータ3を駆動する。
この時、電流検出手段4が、モータ3に流れるU相およびV相電流を検出し、d−q変換部8が、検出されたU相およびV相電流Iu、Ivをd−q軸電流へ変換する。その変換値Idc、Iqcは、断線検出部5を介して電流制御部6へフィードバックされる。
この時、電流検出手段4が、モータ3に流れるU相およびV相電流を検出し、d−q変換部8が、検出されたU相およびV相電流Iu、Ivをd−q軸電流へ変換する。その変換値Idc、Iqcは、断線検出部5を介して電流制御部6へフィードバックされる。
電流制御部6は、d軸の実電流Idc’がd軸の電流指令Id’へ追従するように、またq軸の実電流Iqc’がq軸の電流指令Iq’へ追従するようPI制御される。次いで、d−q逆変換部7は、電流制御部6が計算したd−q軸の電圧指令Vd、VqをU相、V相およびW相の電圧指令Vu、VvおよびVwに変換し、電圧変換部9へ出力する。電圧変換部9は、この入力に従ってインバータ回路1を制御し、モータ3に流れる電流を補正する。
このようなインバータ装置10の構成と作動は従来のものと同様で良く、本文ではこれ以上の説明を省略する。
このようなインバータ装置10の構成と作動は従来のものと同様で良く、本文ではこれ以上の説明を省略する。
一方、断線検出部5は、断線検出モードと通常モードに切り換えるように構成している。断線検出部5は、Id’、Iq’、Idc’、Iqc’、θ’およびモータ3の保持ブレーキないしモータ固定手段を制御し、また、電流検出手段4が検出したモータ3に流れるU相、V相およびW相電流の割合を計算し、モータが断線しているか否かを検知する。
断線検出部5は、通常モード時に、モータ3の保持ブレーキないしモータ固定手段を解除し、Id’=Id、Iq’=Iq、Idc’=Idc、Iqc’=Iqcおよびθ’=θとして、通常のモータ動作を行う。
断線検出部5は、断線検出モードでは、保持ブレーキないしモータ固定手段を働かせてモータを回転しないよう固定し、さらに、Id’=0、Iq’=一定値、Idc’=0、Iqc’=0およびθ’=仮想電気角(断線検出モード時の設定)として制御される。この場合の一定の電流指令Iq’は任意の固定値で良いが、例えば、モータの定格電流に一定の係数をかけて算出する。
断線検出部5は、断線検出モードでは、保持ブレーキないしモータ固定手段を働かせてモータを回転しないよう固定し、さらに、Id’=0、Iq’=一定値、Idc’=0、Iqc’=0およびθ’=仮想電気角(断線検出モード時の設定)として制御される。この場合の一定の電流指令Iq’は任意の固定値で良いが、例えば、モータの定格電流に一定の係数をかけて算出する。
続いて、断線検出モードにおける断線検出方法を説明する。
前述の通り、電流制御部6はId’、Iq’、Idc’、Iqc’を入力としたPI制御で制御されており、上記断線検出モード時の設定を入力とした場合、定常状態においては、Vd=0、Vq=一定値となる。
また、d−q逆変換部7における処理は、次の式のように表される。
前述の通り、電流制御部6はId’、Iq’、Idc’、Iqc’を入力としたPI制御で制御されており、上記断線検出モード時の設定を入力とした場合、定常状態においては、Vd=0、Vq=一定値となる。
また、d−q逆変換部7における処理は、次の式のように表される。
モータ3が断線していない場合、実電流Iu、IvおよびIwは、モータが保持ブレーキないし固定手段により固定されているため、誘起電圧の影響を受けず、電圧指令Vu、VvおよびVwに比例し、図2に示すようになる。
一方、モータ2のU相が断線している場合、実電流Iu、IvおよびIwは、図3のようになる。V相断線の場合には、実電流Iu、IvおよびIwは、図4のようになる。また、W相が断線している場合、実電流Iu、IvおよびIwは、図5のようになる。
一方、モータ2のU相が断線している場合、実電流Iu、IvおよびIwは、図3のようになる。V相断線の場合には、実電流Iu、IvおよびIwは、図4のようになる。また、W相が断線している場合、実電流Iu、IvおよびIwは、図5のようになる。
図2と図3を比較すると、モータに断線が無い場合、仮想電気角60°および240°におけるU相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は1であるが、U相断線の場合、U相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は0である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角120°および300°におけるW相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は1であるが、U相が断線している場合、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は∞である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角120°および300°におけるW相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は1であるが、U相が断線している場合、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は∞である。
図2と図4を比較すると、モータが断線していない場合、仮想電気角0°および180°におけるV相電流とW相電流の絶対値の比率|Iv|/|Iw|は1であるが、V相断線の場合、V相電流とW相電流の絶対値の比率|Iv|/|Iw|は0である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角60°および240°におけるU相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は1であるが、U相が断線している場合、U相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は∞である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角60°および240°におけるU相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は1であるが、U相が断線している場合、U相電流とV相電流の絶対値の比率|Iu|/|Iv|は∞である。
さらに、図2と図5を比較すると、モータに断線がない場合、仮想電気角0°および180°におけるV相電流とW相電流の絶対値の比率|Iv|/|Iw|は1であるが、W相が断線している場合、V相電流とW相電流の絶対値の比率|Iv|/|Iw|は∞である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角120°および300°における、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は1であるが、U相が断線している場合、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は0である。
また、モータが断線していない場合、仮想電気角120°および300°における、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は1であるが、U相が断線している場合、W相電流とU相電流の絶対値の比率|Iw|/|Iu|は0である。
これらを纏めると、次の表のようになる。
実際にモータの断線を調べるには、仮想的な電気角は、0°、60°、120°、180°、240°および300°のうち、0°および180°のグループAと60°および240°のグループBと120°および300°のグループの中から、最低2グループの電気角を選択すれば、U相、V相およびW相のいずれが断線している場合でも検知可能である。
本実施の形態によるインバータ装置10は、上記アルゴリズムに従ってモータ断線を検出すべく、断線検出モードに入ると、まず、断線検出部5が、一定時間に渡って仮想的な電気角を0°に設定し、この時のU相、V相およびW相の実電流Iu、Iv、Iwを読み込む。
これら電流のうちU相とV相については、電流検出手段4が実際の値を検出する。W相に対しては、式Iw=−(Iu+Iv)によって、Iwを計算で求める。
そして、これら実電流の絶対値の比率を求め、次の関係が成立するかどうかを調べる。
これら電流のうちU相とV相については、電流検出手段4が実際の値を検出する。W相に対しては、式Iw=−(Iu+Iv)によって、Iwを計算で求める。
そして、これら実電流の絶対値の比率を求め、次の関係が成立するかどうかを調べる。
次に、さらに一定時間、仮想的な電気角を60°に設定し、この時の実電流Iu、IvおよびIwを読み込む。そして、次の関係を調べる。
続いて、さらに一定時間、仮想的な電気角を120°に設定し、この時の実電流Iu、IvおよびIwを読み込む。そして、次の関係を調べる。
このように、インバータ装置10は、上記3つの関係が成立するか否かを順次調べる。1つでも上記関係が成り立つ場合には、モータ結線の異常と見なして、モータ3の駆動を禁止する。
上記異常検知閾値は、断線していない場合の電流値の割合1と、断線している場合の異常な電流値の割合0または∞との違いを判別できれば良く、本実施の形態では、0と1中間値を取って0.5を採用する。
上記異常検知閾値は、断線していない場合の電流値の割合1と、断線している場合の異常な電流値の割合0または∞との違いを判別できれば良く、本実施の形態では、0と1中間値を取って0.5を採用する。
なお、上述した断線検出は、インバータ装置10のメモリにプログラムを格納しておき、断線検出モード時に、内蔵の演算ユニット(CPU)がこのプログラムを実行することで行う。これらメモリや演算ユニットも従来のもので良く、本文ではこれ以上説明しない。
本発明のモータ駆動用インバータ制御装置は、種々の産業分野に採用可能である。
例えば、産業用ロボットにおいて、その手首や関節部の駆動に用いることができる。この場合、インバータ装置には、ロボットによる操業が始まる前にその導通状態を調べて、異常がある場合にはロボットを動作禁止にするように構成する。このため、インバータ装置には、異常検知の場合にロボットを動作禁止にする手段を設けることができる。
例えば、産業用ロボットにおいて、その手首や関節部の駆動に用いることができる。この場合、インバータ装置には、ロボットによる操業が始まる前にその導通状態を調べて、異常がある場合にはロボットを動作禁止にするように構成する。このため、インバータ装置には、異常検知の場合にロボットを動作禁止にする手段を設けることができる。
1 インバータ回路
2 3相交流電源
3 モータ
4 電流検出手段
5 断線検出部
6 電流制御部
7 d−q逆変換部
8 d−q変換部
9 電圧変換部
10 インバータ装置
θ 電気角
θ’ 仮想電気角
Id,Id’,Iq,Iq’ 電流指令
Iu U相電流
Iv V相電流
Iw W相電流
2 3相交流電源
3 モータ
4 電流検出手段
5 断線検出部
6 電流制御部
7 d−q逆変換部
8 d−q変換部
9 電圧変換部
10 インバータ装置
θ 電気角
θ’ 仮想電気角
Id,Id’,Iq,Iq’ 電流指令
Iu U相電流
Iv V相電流
Iw W相電流
Claims (3)
- インバータ回路と制御回路とを含み、制御回路が入力された電流指令に応じてインバータ回路を制御し、3相交流を変換させてモータを駆動するインバータ装置において、
モータ側の結線状態を調べる断線検出部を設け、該断線検出部は、断線検出時に、モータの保持ブレーキないし固定手段を作動させてその回転を固定した上で、電流指令として任意の固定値を制御回路へ入力し、制御回路のd−q逆変換部における所定の電気角でモータへ流れるU相、V相およびW相電流の比を算出して、これらの比からモータ側の断線を判定することを特徴とするインバータ装置。 - 請求項1に記載の装置において、前記断線検出部は、前記所定の電気角を0°および180°のグループA、60°および240°のグループB、そして120°および300°のグループCとし、グループAではV相およびW相電流の比を、グループBではU相およびW相電流の比を、またグループCではW相およびU相電流の比をそれぞれ算出し、これらグループのうちから2グループ以上の電気角を選択し設定して断線検出を行う、インバータ装置。
- 請求項1または2に記載の装置において、前記断線検出部は、算出した電流比の絶対値が0または∞であるか否かで断線を判定する、インバータ装置。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100982976B1 (ko) | 2007-10-04 | 2010-09-17 | 캐논 가부시끼가이샤 | 위치결정장치, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 |
JP2011051695A (ja) * | 2009-08-31 | 2011-03-17 | Toshiba Elevator Co Ltd | エレベータの制御装置 |
CN111670539A (zh) * | 2018-02-08 | 2020-09-15 | 三菱电机株式会社 | 电动机的控制装置及电缆断线检测方法 |
-
2005
- 2005-08-09 JP JP2005230521A patent/JP2007049801A/ja not_active Withdrawn
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