CN101919140A - 一种用于电机的转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轴向磁通电机的转子(300)。所述转子具有多个固定在该转子上的永久磁铁(350)，每个磁铁都至少部分地穿过所述转子上的孔。配置如下：转子(200)材料邻接每个磁铁(350)，以便相对于转子的旋转轴大体上周向和在至少一个轴向上大体上轴向地定位磁铁。所述磁铁(350)可以径向滑入所述转子(300)内，并通过舌榫配置(325、355)在轴向和周向上限制所述磁铁，采用加强带(340)围绕所述转子的径向外边缘缠绕以提供径向约束。

Description

一种用于电机的转子

技术领域

本发明涉及一种用于轴向磁通电机的转子。本发明尤其涉及，但非专指，混合动力汽车或纯电动汽车所使用的一种轴向磁通电机的转子。

背景技术

混合动力汽车是其内设有两种动力源的汽车，例如一个内燃机和一个电动机，作用是在自动推进时提供动力。在一些混合动力汽车中，内燃机和电动机都与传动***组件连接，目的是在驱动汽车时，向汽车轮提供旋转动力。在另一些混合动力汽车中，只有电动机与传动***组件连接，用于提供旋转动力；而内燃机只作为用于驱动发电机的主要动力源，所述发电机产生电能，所述电能用于操作电动机。现有的混合动力汽车的例子包含客车(有时称为汽车)，货车，公共汽车和轻型载货汽车。现在，将混合动力汽车技术加入到轻轨如有轨电车中呈一种增长趋势。

在几乎所有的混合动力汽车中，都希望能尽量减小汽车部件的大小和重量。对于客车来说，成功地减小这些部件的大小和重量会使汽车有更大的空间，从而使乘客感到更加舒适，并且也可以提高汽车的运行效率。在其它混合动力汽车中也是如此。

同时，还希望在混合动力汽车中所使用的电机具有最大的功率输出：消费者已经习惯了内燃机的高功率输出，所以对混合动力汽车的较差的性能可能会感到失望。对于混合动力汽车中所使用的电动机和发电机都是如此。对于电动机，为了提供足够的自动推进力，需要高机械功率输出；对应地，对于发电机，为了使电动机在高动力状态下运行，则需要高的电能输出。

因此，对于混合动力汽车来说，希望使用的电机每单位质量具有高功率输出(通常称为“功率密度”并且用kW/kg度量)。然而，不幸地是，现有的电机不能满足这些要求，因此在混合动力汽车中不能很好地应用。

纯电动汽车所使用的电机也存在相似的状况。

这种轴向磁通类型的电机在一些方面适合用在混合动力汽车和纯电动汽车中。其中一个原因是因为它们可以被设计成具有高功率密度。然而，至今，在涉及组装和运行等方面，轴向磁通电机的设计都没有得到优化：如组装困难和运行不稳定。涉及这些电机的转子，尤其如此。本发明的目的就是解决这一问题。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于轴向磁通电机的转子，该转子具有多个固定在该转子上的永久磁铁，其中，每个磁铁都至少部分地穿过该转子上的孔，配置如下：转子材料邻接磁铁，以便相对于该转子的旋转轴大体上周向地定位磁铁。

在转子上设置孔，采用这种方式配置使所述孔容纳磁铁，通过使转子的周围材料至少是周向上邻接磁铁并将磁铁保持在适当的位置来设置磁铁的位置。因此，至少在周向上不需要额外的、独立的结构来定位并保持住磁铁。因此，简化了组装，并且使磁铁更加稳定地保持在适当的位置。

所述孔可以是从转子的一个面完全穿透至另一个面的孔。所述孔可以是盲孔，如凹口。

所述转子材料也可以邻接每个磁铁，以便在至少一个轴向上大体上轴向地定位所述磁铁。所述转子材料也可以邻接每个磁铁，以便在两个轴向上大体上轴向地定位所述磁铁。所述转子材料也可以邻接每个磁铁，以便在一个、至少一个或两个径向上大体上径向地定位所述磁铁。

所述转子可以由至少一个部件构成。所述转子可以包含第一转子部件和第二转子部件。可以采用如下方式配置：将第二转子部件装配到第一转子部件，在第二转子部件和第一转子部件之间设有磁铁，且在第二转子部件和第一转子部件之间大体上切向地，大体上径向地和至少在一个轴向上大体上轴向地定位磁铁。

第一和第二转子部件可以配置为能够将磁铁轴向地安装在它们之间。每个转子部件可以包含穿过该转子部件的孔，每个孔的大小适合容纳对应的磁铁。每个转子部件可以设有邻接所述孔的邻接装置，用于邻接所述孔内容纳的磁铁，以防止磁铁穿出所述孔。所述邻接装置与对应转子部件的一个面邻接。所述邻接装置可以使所述孔变窄。所述邻接装置可以包含至少一个边缘部。

第一和第二转子部件可以配置为能够在它们之间径向地装入磁铁。第一转子部件可以配置为大体上在两个周向上和一个径向上邻接磁铁。第二转子部件可以配置为大体上在其它径向上邻接至少一些磁铁。第一转子部件上可以设有孔。第二转子部件可以为大体上的环状部件，或大体上环状部件的一部分，该第二转子部件被配置为围绕容纳磁铁的第一部件的全部或一部分。所述第二转子部件可以由围绕第一转子部件的缠绕带构成。第二转子部件可以是保持环。所述保持环可以和第一转子部件具有相同的材料。磁铁和/或第一部件设有轴向定位磁铁的结构。磁铁和第一部件可以设有能够配合以径向地定位所述磁铁的配合结构。在第一转子部件上，所述结构可以设在孔的一个或多个侧面上。在磁铁上，所述结构可以设在其一个或多个侧面上。所述配合结构可以包含舌榫配置。

可以在每个孔内容纳两个磁铁。两个磁铁轴向并列。转子可以在第一轴向上容纳两个磁铁中的第一个，在第二轴向上容纳两个磁铁中的第二个。当磁铁容纳在孔中时，每个孔的一个或多个侧面可以包含与一个或两个对应的磁铁邻接的接界处。所述接界处可以为边缘部。每个孔内的两个磁铁被磁化，以便使两者能够相互吸引，从而提供轴向定位。磁铁可被磁化为在每个孔内的其中一个磁铁具有轴向向内的北极，而另外一个对应的磁铁具有轴向向内的南极。

每个磁铁可以通过在每个磁铁和转子材料之间设置粘性材料而固定于转子上。所述粘性材料可以是胶水。在转子的一个或每个侧边上，每个磁铁与转子的周围材料齐平。

转子可以由磁性和/或电绝缘材料构成。这有助于避免转子中的损耗，例如由涡流而造成的损耗，还可有助于避免磁路上的磁短路。转子可以由热绝缘材料构成且耐高温。转子也可以为一种复合材料。

转子可以为设置有孔的大体上为平的圆盘，每个孔的大小适合容纳对应的磁铁。优选地，磁铁这样装入对应的孔内：转子的周围材料用于在一个或两个径向上和周向上径向地定位磁铁。

通过在转子上设置孔和大体上穿过每个孔的磁铁，对于给定的转子厚度，在转子的角位置处，被磁化材料的量最大。因此，对于给定的转子厚度，永久磁铁所产生的激励磁场强度最大，因此增加了功率密度。

根据本发明的第二方面，提供了一种轴向磁通电机，所述电机具有至少一个如第一方面所述的转子。

根据本发明的第三方面，提供了一种汽车轮子和根据本发明的前述任一方面或实施例所述的电机，其中，转子和定子中的一个与轮子耦合，转子和定子中的另一个被设置为固定在汽车上，如此，电机可以作为直接驱动电动机使汽车轮旋转，由此驱动汽车。

所述电机还可被作为发电机而运行，从而通过反馈制动使汽车减速。

根据本发明的第四方面，提供了一种包含汽车轮和第四方面所述的电机的汽车。

所述汽车可以包含采用这种方法与每个汽车轮耦合的对应的电机。

附图说明

本发明的具体实施例将通过示例和相关的附图进行描述，其中：

图1为本发明第一实施例的用于电机的转子配置的立体图；

图2为图1中转子配置的局部细节图；

图3为本发明第二实施例的用于电机的转子配置的立体图；

图4为本发明第二实施例中转子的第一部分的立体图；

图5为本发明第二实施例中转子的第二部分的立体图；

图6为图3中转子配置的立体分解图；

图7为本发明第三实施例的用于电机的转子配置的立体图；

图8为本发明第三实施例中转子的立体图；

图9为本发明第三实施例中磁铁的立体图；

图10为本发明第四实施例中转子配置的立体图；

图11为图10中转子配置的局部立体分解图；

图12为本发明第四实施例中转子的立体图；和

图13为本发明第四实施例中磁铁的立体图。

具体实施方式

图1所示为在轴向磁通电机中使用的转子200。所述转子200通常为平、薄的圆盘。它是由一种复合材料所构成的，在本实施例中，所述复合材料为基于玻璃纤维和树脂交向层压而成的材料。所述复合材料具有很好的电绝缘性和绝热性。所述转子200具有穿过位于其中心的、圆形的孔210。所述转子200在邻近所述中心孔210的位置处设有一系列穿过转子200的较小孔215，这些较小孔215集中起来形成围绕所述中心孔210的环，所述环与所述中心孔210同轴，即转子200的旋转轴。

图1中的转子200包含12个孔220，每个孔的形状像一个扁、平的环的一部分。每个孔220都被设置在转子200的径向外边缘附近，并且同轴设置。所述12个孔220分布在所述转子200周围，并具有不变的齿端距(angularpitch)。如图2所示，所述12个孔220中的每一个都具有两个与转子200同轴的弓形侧面222，和两个在所述弓形侧面之间径向延伸的直侧面224。继续参照图2，相对于所述侧面的端部，孔220的侧面沿其长度方向稍微内凹。弓形侧面222的径向最内侧和两个径向侧面224也是如此。因此，朝向每个稍微内凹的侧面222、224的端部处有突出的表面226。可以想象，转子200上的12个孔220是通过碾磨而形成的。

由图1可以看出，在12个孔220中的每一个内都设有永久磁铁230。所述磁铁230的形状也设为扁、平的环的一部分，并具有两个弓形同轴面和两个在所述两个弓形面之间径向延伸的直面。然而，参照图2，可以注意到在本实施例中，所述磁铁230没有一个面是内凹的。进一步地，所述磁铁230的大小和形状恰好能使每一个磁铁都可以装配到一个环状段孔220内，如此所述磁铁230的侧面则邻接突出的表面226，并且每个磁铁230的径向最外侧弓形面与限定对应孔220的径向最外侧弓形面的转子200的结构邻接。因此，每个磁铁230相对于转子200径向地、周向地设置。可以理解的是，这种配置导致在磁铁230的侧面和孔220的侧面的内凹部之间形成空隙。在这些空隙当中填充了一种粘性材料，在本实施例中为胶水(图中未示出)，使所述磁铁230和所述转子200的周围结构之间粘合。这使磁铁230保持在相对于所述转子200的轴向位置上。所述磁铁的厚度为，当将磁铁置于所述孔220内时，所述磁铁的表面与所述转子200的每个侧面齐平。

所述磁铁230这样安装在转子200上：使每个磁铁的极性相对于它直接相邻的两个磁铁的极性相反。原则上每个磁铁具有两个极性面，这些面与转子200的表面齐平。

图3所示为第二实施例中的转子配置100，所述转子由转子圆盘110和一系列磁铁120组成。装配的转子配置100在大小和形状上与图1和图2中所描述的第一实施例中的转子相似。的确，可以想象，第二实施例的配置是第一实施例的配置的可选方案，因此，在电机中也可以替换。

第二实施例的转子圆盘110与第一实施例的转子圆盘相似，即由相同的复合材料构成，并且具有中心孔112和围绕该中心孔的一系列孔115。类似的，转子圆盘110也设有12个穿过转子圆盘110的孔120，这些孔设置在转子110的径向外边缘附近。在本实施例中，转子110的12个孔120与第一实施例中转子的孔还具有相似的形状，但在一些重要方面不同。

然而，在本实施例中，转子圆盘110的不同之处在于：它由两个转子部件130、140构成。两个部件130、140中每一个都是扁平形圆盘并轴向地装配在一起：就好像是一个单独的圆盘被切成了两个相似但更薄一些的圆盘。

图4更详细地示出了第一转子部件130。可以看出，邻近所述转子部件130的径向外边缘的12个孔120，其中每个孔的形状大体上像是从扁、平的环中截取的一部分：即，每部分都具有弓形且同轴的径向外侧面121和内侧面122，和在外侧面和内侧面之间延伸的径向侧面123。在每个径向侧面123的每个端部都设有弓形凹口124。可以想象，这些孔是通过碾磨而形成的，这些凹口用于容纳磁铁的直角边缘(图4中未示出)。每个侧面121、122、123的部分都稍微突入孔120内，在此，侧面121、122、123与所述转子部件130的轴向外表面(当这两个转子部件放置在一起时，与靠在第二个转子部件140上的面相对的那个面)相接。侧面121、122、123突出以形成与转子部件120的外表面齐平的边缘部125，并且该边缘部125沿着孔120的开口周围延伸，从而使孔120变窄。

图5更详细地示出了第二转子部件140。第二转子部件140与第一转子部件130相似，但在轴向上更薄一些。因此，可以理解的是，第二转子部件也具有沿着每个孔120的开口周围延伸的边缘部145，该边缘部145与第二转子部件140的轴向外表面齐平。

图6示出了轴向上彼此分离的两个转子部件130、140。从图6中可以看出，转子配置100也包含12个磁铁150，其形状与第一实施例中的磁铁形状一样。本实施例中磁铁150的大小和形状恰好能使磁铁装入由第一转子部件130和第二转子部件140所构成的孔120内。磁铁150这样装入转子部件中：使磁铁150在周向(相对于转子的旋转轴)和径向上与两个转子部件130、140的侧面121、122、123邻接以周向和径向地定位该磁铁150；当两个转子部件130、140合在一起时，转子部件130、140的边缘部135、145轴向地邻接以轴向地定位磁铁150。第二转子部件140包含多个邻近其径向外边缘的螺栓孔147。第一转子部件130包含多个对应的孔137，这些孔137刻有螺纹以容纳对应的螺栓160。两个转子部件130、140是通过将对应的螺栓160穿过螺栓孔147并穿入对应的螺纹孔137而装配在一起的。在本实施例中，第一转子部件130比第二转子部件140稍厚的原因在于要使螺纹孔137具有足够的长度以维持该螺栓160。在其它实施例中，第一转子部件130和第二转子部件140的相对厚度可以不同。

图7示出了第三实施例的转子配置300。与第二实施例相似，在本实施例中，转子310由第一转子部件330和第二转子部件340构成。然而，在本实施例中，这两个转子部件330、340是在径向上装配在一起的，而不是在轴向上。

图8更详细地示出了第一转子部件330。第一转子部件330与第一实施例中的第一转子部件相似，但有两方面的不同。第一，第一转子部件330没有径向外弓形侧面，即第一实施例中穿过转子用于容纳磁铁的孔的径向外弓形侧面。因此，本实施例中，第一转子部件330只提供了径向内弓形侧面322和从该内弓形侧面322径向向外延伸的两个径向侧面323，在每一个径向侧面的径向内端都设有弓形凹口324。因此，第一转子部件330在工程意义上类似于“蜘蛛”。突出的脊325从每个径向延伸的侧面323的中间位置突出，并沿着所述侧面的长度方向延伸。

图9示出了第三实施例中转子配置300的12个磁铁350中典型的一个。磁铁350与第一实施例和第二实施例中的磁铁一样，不同的是在每个径向延伸的侧面352上都有槽355。每个槽355都形成于每个径向延伸的侧面352的中间，并沿其长度方向延伸。

参照图7，磁铁350装入第一转子部件330的孔内，使第一转子部件330的每个突起的脊325装配到对应的槽内。然后，用金属线加固的胶带沿着第一转子部件330的径向外边缘重复缠绕以构成第二转子部件340。这样使第一转子部件330和第二转子部件配合以径向定位磁铁350。周向和轴向定位是通过第一转子部件330提供，第一转子部件330的突起的脊325及与其配合的磁铁内的槽355借助舌榫类型配置提供轴向定位。而在本实施例中，用胶带构成第二转子部件340，可以想象，该第二转子部件340还可以采用其它方式构成。例如，第二转子部件340可以是复合材料所构成的环，所述环可以通过在辊轧成圆机上铺设适当的材料而形成。然后将所述环装配到所述第一转子部件330的外面并且粘固到适当的位置。可以想象，所述环可以通过以下方法缩合装配到所述第一转子部件330上：加热环，以便其能够装配到第一转子部件330，然后使环冷却以紧密装配在第一转子部件330的周围。当加热时，所述环可以为干涉装配，也可以不是。可选择地，所述环也可以压接到第一转子部件330的外面，而不需要先加热该环。

图10所示为第四实施例中的转子配置400。在本实施例中，所述转子410由一个单独的部分构成，但是在每一个磁铁容纳孔420内有两个磁铁450穿入。该配置通常如图11所示，更多细节如图12和图13所示。

参考图12，通常，本实施例中转子410和第二实施例中的第一转子部件130大致相同，但不同之处在于，转子410缺少第一转子部件130的边缘部150，而包含沿着穿过转子410的孔420的径向延伸的侧面423的突出的脊425。所述突出的脊425位于侧面423的两个端部之间，沿着所述径向延伸的侧面423的中间延伸，因此，与第三实施例中的突出的脊325相似。

参考图13，本实施例中转子配置400的每一个磁铁450都与其它的磁铁形状相同。因此，为简化描述，只描述其中一个典型的磁铁450。通常，每个磁铁450的形状与第一实施例和第二实施例中的磁铁形状大致相同，但不同之处在于，(在轴向上)其厚度稍微少于第一实施例和第二实施例中磁铁厚度的一半，并且只在其中一面的每个径向延伸的边缘处形成内凹455。

然而，正如所述，磁铁450的形状是相同的，同一个孔420中所容纳的两个磁铁450的极性不同。其中一个磁铁450被磁化成沿着内凹455延伸的面为北极。另一个磁铁450被磁化成沿着内凹455延伸的面为南极。

参考图11，两个不同极性的磁铁450装入转子410的每个孔420内。两个磁铁450中的第一个从所述转子410的一侧装入所述孔420内，以便突出的脊425装入内凹455中以固定磁铁450。另一个磁铁450以相同的方式从所述转子410的另一侧装入。因为所述两个磁铁450极性不同，磁铁450之间的磁性引力将所述磁铁450固定到适当的位置。配置如下：在每个孔的两个磁铁450之间具有小的轴向间隙。因此，磁性引力使得两个磁铁450都靠近所述突出的脊425。可以想象，所述小的轴向间隙可能为10微米数量级。通常优选地，为了提高两个磁铁450之间的磁通量，会使两者之间的间隙达到最小。

因此，在本实施例中，所述转子410提供了磁铁450的径向和周向定位，并且在两个可能的轴向中的其中一个上定位每个磁铁450。

在其它实施例中，可以想象，同一个孔420中的两个磁铁450之间可以没有间隙。理想的情况是，磁铁450和转子410的尺寸如下：磁铁450邻接突出的脊425，但这取决于相关的制作公差。

在另外的实施例中，可以想象，在同一个孔420内的两个磁铁450之间可以设有一种粘合剂，如胶水，如此，粘合剂至少可以部分地将所述两个磁铁450粘在一起。为了减震，可以采用一种具有减震性能的粘合剂，如可弹性变形的胶水。

可以想象，以上所述的转子配置用于适合高动力应用的电机。例如，在大型混合动力汽车中，如有轨电车或公共汽车，所述电机可适合作为柴油发电机组中的发电机而使用。在自动机械动能的汽车中，所述电机还适合作为电动机而使用。

在还有的实施例中，对以上所述的转子圆盘配置进行修改，以便可以在作为涡流电动机而运行的电机中使用。在这些实施例中，以上所述的转子圆盘可以被由至少部分导电材料构成的圆盘所代替。将交变电流应用于定子绕阻中将会使电机作为涡流电动机而运行。应用恒定电流可制动电机。导电材料可以被设置在产生感应电流的通道内。这可以通过在替代转子的导电材料内设置槽而实现。所述槽可以为辅射状的。换句话说，有时转子有时可以构成用于辅射状电机的鼠笼型等效物。

在又有一些实施例中，为了减少所引起的涡流，磁铁450可以“拆分”(即可以由多个彼此连接的磁铁部件构成)，而不在转子的平面中。例如，磁铁可以在大体的轴-径向平面上拆分，或者也可在大体的轴切向平面上拆分。每个磁铁都可以采用这种方式拆分以便可以由两个、三个或是更多个磁铁部件组成。这些磁铁部件可以通过粘合剂彼此粘合在一起，如具有较好电绝缘性的胶水。可选择地，这些磁铁部件可以通过形成在转子材料中的接界处彼此相对地设置在转子上，其中，所述接界处将磁铁部件分隔开。

Claims (23)

1.一种用于轴向磁通电机的转子，其特征在于，该转子具有多个固定在该转子上的永久磁铁，其中，每个磁铁都至少部分地穿过该转子上的孔，配置如下：转子材料邻接磁铁，以便相对于该转子的旋转轴大体上周向地，并在至少一个轴向上大体上轴向地定位磁铁。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子材料邻接每个磁铁，以便在两个轴向上大体上轴向地定位所述磁铁。

3.如前述任一项权利要求所述的转子，其特征在于，所述转子包含第一转子部件和第二转子部件，配置如下：将第二转子部件装配到第一转子部件，在第二转子部件和第一转子部件之间设有磁铁，且在第二转子部件和第一转子部件之间大体上切向地、大体上径向地和大体上轴向地定位磁铁。

4.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述第一和第二转子部件被配置为能够在它们之间径向地装入磁铁。

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，所述第一转子部件被配置为大体上在两个周向上和一个径向上邻接磁铁。

6.如权利要求5所述的转子，其特征在于，所述第二转子部件被配置为大体上在其它径向上邻接至少一些磁铁。

7.如权利要求4至6中任一项所述的转子，其特征在于，所述第一转子部件上设有孔，每个孔的大小适合容纳对应的磁铁。

8.如权利要求4至7中任一项所述的转子，其特征在于，所述磁铁和/或第一部件设有能够轴向地定位所述磁铁的结构。

9.如权利要求8所述的转子，其特征在于，所述磁铁和第一部件设有能够配合以径向地定位所述磁铁的配合结构。

10.如权利要求9所述的转子，其特征在于，所述配合结构包含舌榫配置。

11.如权利要求4至10中任一项所述的转子，其特征在于，所述第二转子部件为大体上的环状部件，或大体上环状部件的一部分，所述第二转子部件被配置为围绕容纳磁铁的所述第一部件的全部或一部分。

12.如权利要求4至11中任一项所述的转子，其特征在于，所述第二转子部件是由围绕所述第一转子部件的缠绕带构成。

13.如权利要求4至11中任一项所述的转子，其特征在于，所述第二转子部件为保持环。

14.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述第一和第二转子部件被配置为能够将磁铁轴向地安装在它们之间。

15.如权利要求3或14所述的转子，其特征在于，每个转子部件都包含所述转子圆盘的对应面。

16.如权利要求3、14或15所述的转子，其特征在于，每个转子部件都包含穿过该转子部件的孔，每个孔的大小适合容纳对应的磁铁。

17.如权利要求16所述的转子，其特征在于，每个转子部件都设有邻接每个孔的邻接装置，用于邻接孔内容纳的磁铁，以防止磁铁穿出该孔。

18.如权利要求17所述的转子，其特征在于，所述邻接装置与对应转子部件的一个面邻接。

19.如前述任一项权利要求所述的转子，其特征在于，在每个孔内容纳两个磁铁，该两个磁铁轴向并列，所述转子被配置为在第一轴向上容纳两个磁铁中的第一个，在第二轴向上容纳两个磁铁中的第二个，当磁铁容纳在孔中时，每个孔的一个或多个侧面包含与一个或两个对应的磁铁邻接的接界处。

20.如权利要求19所述的转子，其特征在于，每个孔内的两个磁铁被磁化，以便使两者能够相互吸引，从而提供轴向定位。

21.如权利要求20所述的转子，其特征在于，在所述两个磁铁之间设有粘合剂，用于至少部分地防止磁铁的轴向分离。

22.如前述任一项权利要求所述的转子，其特征在于，所述转子由磁性和/或电绝缘材料构成，如复合材料。

23.一种具有至少一个前述任一项权利要求所述的转子的轴向磁通电机。

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