JP2010124661A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースへの振動伝達を容易に抑制できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１００は、回転可能に設けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に固設されたロータ１２０と、ロータ１２０の周囲に配置されたステータ１４０とを備える。回転電機１００はまた、回転シャフト１１０、ロータ１２０およびステータ１４０を収容するケース１０，２０，３０を備える。回転電機１００はまた、ステータ１４０をケース１０，２０，３０へ固定するリング４０を備える。リング４０は、ステータ１４０が変位したとき弾性変形する曲折部４４，４５を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に関する。

ロータおよびステータを備える回転電機では、ステータは通常、ステータを収容するケースに固定される。ステータとケースとを直接固定すると、ステータの振動が直接ケースに伝わり、回転電機の駆動時の振動や騒音が増大することが懸念される。そのため従来、回転電機の振動を低減させるための種々の技術が提案されている（たとえば、特許文献１〜６参照）。
特開２００３−８８０１３号公報 特開２００６−１６６５５４号公報 特開２００７−３０６７５１号公報 特開平９−６５６０６号公報 実開平６−４１３６９号公報 特開平１１−２１５７５０号公報

上記技術では、ステータからケースへの振動伝達を抑制するために振動抑制部材を設ける例が開示されているが、振動抑制部材を設けると部品点数が増加し、材料コストおよび製造コストが増加するという問題があった。また、振動抑制部材としてゴムなどの樹脂材料を設けた場合には、モータが高温になったときの樹脂材料の耐熱性が不十分であるために、振動を抑制する機能を十分に果たすことができないという問題があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、ケースへの振動伝達を容易に抑制することのできる、回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、回転可能に設けられた回転シャフトと、回転シャフトに固設されたロータと、ロータの周囲に配置されたステータとを備える。回転電機はまた、回転シャフト、ロータおよびステータを収容するケースを備える。回転電機はまた、ステータをケースへ固定する固定部を備える。固定部は、ステータが変位したとき弾性変形するばね部を有する。

上記回転電機において、固定部は、ステータに結合されたステータ結合部と、ケースに結合されたケース結合部とを有し、ステータ結合部とケース結合部との中間部が曲折されてばね部が形成されていてもよい。

上記回転電機において、固定部には貫通孔が形成されており、貫通孔を貫通部材が貫通して固定部をケースへ結合させるものであって、貫通孔の周縁部が曲折されてばね部が形成されていてもよい。

上記回転電機において、ケースは、ステータに対向する面が突起した突起部を有し、ステータおよび突起部によって固定部が挟持されていてもよい。

本発明の回転電機によると、ステータの振動をばね部で吸収することにより振動を低減させることができるので、ステータからケースへの振動伝達を抑制することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転電機１００の概略構成を示す側断面図である。図１に示すように、回転電機１００は、回転中心線Ｏを中心に回転可能に設けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に固設され回転シャフト１１０と共に回転可能に設けられたロータ１２０と、ロータ１２０の周囲に配置された環状のステータ１４０とを備える。この回転電機１００は、典型的には、ハイブリッド車両に搭載され、車輪を駆動する駆動源や、エンジンなどの動力によって電気を発電する発電機として機能する。さらには、電気自動車などにも搭載可能であり、車輪を駆動する駆動源としても利用される。

ロータ１２０は、複数の電磁鋼板などを積層して構成されたロータコア１２５と、ロータコア１２５に形成された磁石挿入孔１２６内に挿入された永久磁石１２３と、ロータコア１２５の軸方向の端面に設けられたエンドプレート１２２とを備えている。永久磁石１２３は、磁石挿入孔１２６内に充填された樹脂１２４によって固定されている。

ステータ１４０は、環状に形成されており、ロータ１２０の周囲を取り囲むように環状に形成されたステータコア１４１と、このステータコア１４１に装着されたコイル１８０（Ｕ相コイル１８０Ｕ、Ｖ相コイル１８０ＶおよびＷ相コイル１８０Ｗ）とを備えている。このステータ１４０（ステータコア１４１）の軸方向端面１７７，１７８には、絶縁性のモールド樹脂１７２が形成されている。ステータ１４０の軸方向端面１７７，１７８は、モールド樹脂１７２により被覆されている。このモールド樹脂１７２は、たとえばＢＭＣ（Bulk Molding Compound）、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）、ＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate）などの熱可塑性樹脂などを含んでいる。

ステータコア１４１は、環状に延びるヨーク部１７６と、このヨーク部１７６の内周面から径方向内方に向けて突出する複数のステータティース１７１とを備えている。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った、ステータ１４０の断面図である。図２に示すように、ステータ１４０は、複数の分割ステータコア１７５と、分割ステータコア１７５に装着されたインシュレータ１６０とを備える。またステータ１４０は、インシュレータ１６０を介在させて分割ステータコア１７５に装着されたコイル１８０（Ｕ相コイル１８０Ｕ、Ｖ相コイル１８０ＶおよびＷ相コイル１８０Ｗ）と、環状に配列された分割ステータコア１７５の外周側に装着され、分割ステータコア１７５を固定するリング４０とを備える。

各分割ステータコア１７５は、ステータ１４０の周方向に延びる円環状のヨーク部１７６と、このヨーク部１７６からステータ１４０の径方向内方に向けて突出するステータティース１７１とを備えている。ステータティース１７１は、ステータ１４０の円周方向に沿って等間隔に形成されている。

ここで、ヨーク部１７６の表面のうち、環状のステータ１４０の周方向に配列する周方向端面１９０，１９１は、当該分割ステータコア１７５に対してステータ１４０の周方向に隣接する、他の分割ステータコア１７５の周方向端面１９０，１９１と、当接している。そして、各分割ステータコア１７５のヨーク部１７６が周方向に配列されることで、環状のヨーク部本体１７０が構成されている。

図３は、実施の形態１のステータ１４０をケース２０に固定する固定部の構成を示す断面模式図である。図３に示すように、回転シャフト１１０、ロータ１２０およびステータ１４０は、ステータ１４０の径方向外側に設けられたケース１０，２０，３０の内部に収容されている。回転シャフト１１０は、図示しない軸受を介在させて、ケース１０，３０によって回転可能に支持されている。

ステータコア１４１の外周部に装着された金属製のリング４０には、ステータ１４０の径方向外方へ突出する張出部４１，４２が形成されている。張出部４１はケース１０，２０の間に挟持され、張出部４２はケース２０，３０の間に挟持されている。

ケース１０に形成されたボルト穴１１、張出部４１に形成された図示しない貫通孔およびケース２０に形成されたボルト穴２１を貫通して、ボルト５１がケース１０，２０に螺着されている。これにより、張出部４１がケース１０，２０に固定されている。また、ケース３０に形成されたボルト穴３２、張出部４２に形成された図示しない貫通孔およびケース２０に形成されたボルト穴２２を貫通して、ボルト５２がケース２０，３０に螺着されている。これにより、張出部４２がケース２０，３０に固定されている。

リング４０は、ステータ１４０の外周部に固定された円筒形状の円筒部４３を有する。張出部４１，４２は、円筒部４３の一箇所または複数箇所が径方向外側へ張り出して形成されている。張出部４１，４２は円筒部４３の両端部の一部が径方向外側へ折り曲げられて形成されている。

ステータ１４０は、リング４０を介在させてケース１０，２０，３０に固定されている。リング４０は、複数の分割ステータコア１７５を固定し一体化する機能を有するとともに、ステータ１４０をケース１０，２０，３０へ固定する固定部としての機能を有している。リング４０は、ステータ１４０に結合されたステータ結合部としての円筒部４３と、ケース１０，２０，３０に結合されたケース結合部としての張出部４１，４２を有する。リング４０は、円筒部４３においてステータ１４０に結合され、張出部４１，４２においてケース１０，２０，３０に結合されている。リング４０には、リング４０を介在させてステータ１４０をケース１０，２０，３０に結合するための結合片の一例である、張出部４１，４２が形成されている。

張出部４１と円筒部４３との中間部には、曲線状に折り曲げられた曲折部４４が形成されている。同様に、張出部４２と円筒部４３との中間部には、曲線状に折り曲げられた曲折部４５が形成されている。リング４０は、曲折部４４，４５において、直角に折り曲げられず、たとえば円弧形状を一例とする曲線形状を含むように折り曲げられている。そのため、Ｒ形状を有する曲折部４４，４５において、リング４０は弾性変形可能に形成されている。

曲折部４４，４５において弾性変形可能であるようにリング４０を形成することにより、ステータ１４０の振動をリング４０で吸収することができる。つまり、回転電機１００の駆動時にステータ１４０が振動して変位したとき、リング４０の円筒部４３はステータ１４０に従動して変位する。円筒部４３の変位は曲折部４４，４５を経由して張出部４１，４２へ伝達される。このとき、円筒部４３の変位に伴って力が曲折部４４，４５に加えられると、曲折部４４，４５は変形して弾性エネルギーを蓄積し、円筒部４３を経由してステータ１４０に弾性力を作用させてステータ１４０を元の位置へ復元させる、ばね作用を奏する。

曲折部４４，４５が弾性変形してばね効果を発揮することにより、円筒部４３の変位は曲折部４４，４５において吸収される。ステータ１４０の振動は、曲折部４４，４５において減衰して、張出部４１，４２を経由してケース１０，２０，３０に伝達される。リング４０は、リング４０の一部を構成する円筒部４３が変位したとき弾性変形してステータ１４０の移動を規制する、ばね部としての曲折部４４，４５を有する。リング４０の円筒部４３と張出部４１，４２との中間が曲折されて、ばね部としての曲折部４４，４５が形成されている。

このようにすれば、回転電機１００の駆動時に発生するステータ１４０の振動を、ばね効果を持つ曲折部４４，４５で吸収して、振動を減衰させて張出部４１，４２へ伝達させることができる。そのため、張出部４１，４２へ伝達される振動を低減させ、ケース１０，２０，３０へ振動を伝えにくくすることができる。したがって、ステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制することができるので、ケース１０，２０，３０の振動および振動に伴って発生する騒音を低減させることができる。ステータ１４０をケース１０，２０，３０に対して固定するリング４０が、ステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制する振動抑制部材としての機能を有しているために、別途振動抑制部材を設ける必要がない。そのため、部品点数の増加および回転電機１００のコスト増大を回避することができる。

曲折部４４，４５は、ステータ１４０の軸方向（すなわち回転中心線Ｏに沿う方向）に延びる円筒部４３と、ステータ１４０の径方向に延びる張出部４１，４２とを連結する箇所に形成されている。曲折部４４，４５は、略直交する方向に延在する円筒部４３と張出部４１，４２との結合部に設けられている。ステータ１４０の振動をリング４０を経由させてケース１０，２０，３０へ伝達する力学系を考えると、ステータ１４０に固定された円筒部４３に力点があり、ケース１０，２０，３０に固定された張出部４１，４２に支点があることとなり、曲折部４４，４５は作用点として機能する。

そのため、ステータ１４０の振動に伴ってケース１０，２０，３０側へ伝達される応力は、曲折部４４，４５において極大値をとる。このような応力が高くなる箇所にばね要素を形成し、防振効果を持たせることによって、より効果的にステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制することができる。

また、ステータ１４０から直接振動を伝達される円筒部４３に対し、ケース１０，２０，３０に固定された張出部４１，４２は、ステータ１４０の径方向外側へ向けて曲げられて形成されている。このように張出部４１，４２を形成することにより、一層効果的にステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制することができる。また、金属製のリング４０にばね効果を持たせることによりケース１０，２０，３０への振動を抑制しているので、ロータ１２０が回転駆動時に温度上昇し、その熱がリング４０に伝達されても、リング４０は十分な耐熱性を有している。そのため、実施の形態１の回転電機１００では、樹脂材料を振動抑制部材として用いた場合と異なり、回転電機１００の駆動時に振動を抑制する機能が低下することを回避することができる。

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２のステータ１４０をケース２０に固定する固定部の構成を示す断面模式図である。実施の形態２では、ケース２０が図４に示すような形状となっている点で実施の形態１とは異なっている。具体的には、ケース２０は、ステータ１４０に対向する側の内周面の一部がステータ１４０に向かって突起した、突起部２３を有する。突起部２３の先端を形成する先端部２４は、リング４０の円筒部４３の外周側に当接している。ステータ１４０をケース１０，２０，３０へ固定する固定部としてのリング４０は、ステータ１４０および突起部２３によって、挟持されている。

このようにすれば、リング４０の円筒部４３を介在させてステータ１４０の外周部を突起部２３の先端部２４へ当接させることによって、ケース１０，２０，３０の内部において、環状のステータ１４０の中心を回転中心線Ｏと一致させるステータ１４０の位置決め（センタリング）を容易に行なうことができる。したがって、ステータ１４０の組み付け性を向上させることができ、ステータ１４０をケース１０，２０，３０の内部に容易に組み付けることができる。

ケース２０の内周面が円筒形状ではない異形の形状に加工され、突起部２３が設けられることにより、ケース２０とリング４０との当接部が設けられている。ケース２０は、通常ダイカストなどの鋳造により概略形状とされ、鋳造後の粗加工品に対してさらに切削加工などが施されることにより形成される。つまり、ケース２０を最終形状に仕上げるために従来から必要とされていた切削加工の際に、突起部２３を同時に形成することができるので、突起部２３を形成するための新たな工程は必要でなく、製造コストの増加は回避されている。したがって、回転電機１００の製造コストを増加させることなく、ステータ１４０の組み付け性を向上させることが可能である。

実施の形態２のリング４０には、実施の形態１で説明した曲折部４４，４５が形成されている。突起部２３がリング４０の円筒部４３と当接しており、円筒部４３の変位は突起部２３に直接伝わるものの、先端部２４の円筒部４３と接触する接触面積は小さい。そのため、突起部２３を経由してケース２０へ伝達されるステータ１４０の振動は少なく抑えられている。したがって、実施の形態１で説明したように、曲折部４４，４５のばね効果によってステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制することができる。

突起部２３は、円筒状のリング４０の軸方向における中間点において円筒部４３と接触するように、形成されている。突起部２３は、ばね部としての曲折部４４，４５から離れた、２箇所の曲折部４４，４５の中間の位置において、リング４０と接触している。そのため、突起部２３のリング４０との接触によって曲折部４４，４５のばね作用が妨げられない構成とされている。したがって、一層効果的にステータ１４０からケース１０，２０，３０への振動の伝達を抑制することができる。

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３のステータ１４０をケース６０に固定する固定部の構成を示す断面模式図である。実施の形態３では、ステータコア１４１の外周側に装着されたリング７０が図５に示すような形状となっている点で、実施の形態１とは異なっている。具体的には、リング７０は、ステータ１４０の径方向外方へ突出する張出部７１，７２と、ステータ１４０の外周部に固定された円筒形状の円筒部７３とを有する。張出部７１，７２は、円筒部７３の両端部の一部が径方向外側へ折り曲げられ、円筒部７３の一箇所または複数箇所が径方向外側へ張り出すように形成されている。

張出部７１，７２には、それぞれ貫通孔７１ａ，７２ａが形成されている。張出部７１の貫通孔７１ａを貫通して、ケース６０に形成されたボルト穴６１にボルト８１が螺着されることにより、張出部７１がケース６０に固定されている。同様に、張出部７２の貫通孔７２ａを貫通して、ケース６０に形成されたボルト穴６２にボルト８２が螺着されることにより、張出部７２がケース６０に固定されている。リング７０の一部を構成する張出部７１，７２には、それぞれ貫通孔７１ａ，７２ａが形成されており、貫通孔７１ａ，７２ａを貫通部材の一例としてのボルト８１，８２が貫通してケース６０へ固定されることにより、リング７０をケース６０へ結合させている。リング７０には、リング７０を介在させてステータ１４０をケース６０に結合するための結合片の一例である、張出部７１，７２が形成されている。

張出部７１には、貫通孔７１ａの周縁部において、曲線状に折り曲げられた曲折部７４が形成されている。同様に、張出部７２には、貫通孔７２ａの周縁部において、曲線状に折り曲げられた曲折部７５が形成されている。曲折部７４，７５が形成されているために、張出部７１，７２は、たとえば円弧形状を一例とする曲線形状を含むように折り曲げられている。そのため、張出部７１，７２は皿ばね形状に形成されており、Ｒ形状を有する曲折部７４，７５において、リング７０は弾性変形可能に形成されている。

実施の形態１と同様に、曲折部７４，７５において弾性変形可能であるようにリング７０を形成することにより、ステータ１４０の振動をリング７０で吸収することができる。つまり、回転電機１００の駆動時にステータ１４０が振動したときの円筒部７３の変位は、曲折部７４，７５を経由してケース６０へ伝達される。このとき、円筒部７３の変位に伴って力が曲折部７４，７５に加えられると、曲折部７４，７５は変形して弾性エネルギーを蓄積し、円筒部７３を経由してステータ１４０に弾性力を作用させてステータ１４０を元の位置へ復元させる、ばね作用を奏する。

曲折部７４，７５が弾性変形してばね効果を発揮することにより、円筒部７３の変位は曲折部７４，７５において吸収される。ステータ１４０の振動は、曲折部７４，７５において減衰して、張出部７１，７２を経由してケース６０に伝達される。リング７０は、リング７０の一部を構成する円筒部７３が変位したとき弾性変形してステータ１４０の移動を規制する、ばね部としての曲折部７４，７５を有する。張出部７１，７２の貫通孔７１ａ，７２ａの周縁部が曲折されて、ばね部としての曲折部７４，７５が形成され、張出部７１，７２は皿ばね状に形成されている。

このようにすれば、回転電機１００の駆動時に発生するステータ１４０の振動を、ばね効果を持つ曲折部７４，７５で吸収して、振動を減衰させてケース６０へ伝達させることができる。そのため、ケース６０へ振動を伝えにくくし、ステータ１４０からケース６０への振動の伝達を抑制することができるので、ケース６０の振動および振動に伴って発生する騒音を低減させることができる。ステータ１４０をケース６０に対して固定するリング７０が、ステータ１４０からケース６０への振動の伝達を抑制する振動抑制部材としての機能を有しているために、別途振動抑制部材を設ける必要がない。そのため、部品点数の増加および回転電機１００のコスト増大を回避することができる。

また、ステータ１４０のケース６０への固定と、ステータ１４０からケース６０への振動の伝達抑制とを、曲折部７４，７５を有するリング７０をボルト８１，８２を用いてケース６０へ固定するだけの、簡単な組立工程で実施することができる。

ステータ１４０の振動をリング７０を経由させてケース６０へ伝達する力学系を考えると、ステータ１４０に固定された円筒部７３に力点があり、ケース６０に固定された張出部７１，７２は支点として機能する。そのため、ステータ１４０の振動に伴ってケース６０側へ伝達される応力は、曲折部７４，７５において極大値をとる。このような応力が高くなる箇所にばね要素を形成し、防振効果を持たせることによって、より効果的にステータ１４０からケース６０への振動の伝達を抑制することができる。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４のステータ１４０をケース６０に固定する固定部の構成を示す断面模式図である。実施の形態４では、ケース６０が図６に示すような形状となっている点で実施の形態３とは異なっている。具体的には、ケース６０は、ステータ１４０に対向する側の内周面の一部がステータ１４０に向かって突起した、突起部６３を有する。突起部６３の先端を形成する先端部６４は、リング７０の円筒部７３の外周側に当接している。ステータ１４０をケース６０へ固定する固定部としてのリング４０は、ステータ１４０および突起部６３によって、挟持されている。

実施の形態２と同様に、リング７０の円筒部７３を介在させてステータ１４０の外周部を突起部６３の先端部６４へ当接させることによって、ケース６０の内部においてステータ１４０の位置決め（センタリング）を容易に行なうことができる。したがって、ステータ１４０の組み付け性を向上させることができ、ステータ１４０をケース６０の内部に容易に組み付けることができる。

なお、実施の形態１〜４の説明においては、環状に配列された分割ステータコア１７５の外周側に装着されたリングが、ステータ１４０をケースに固定する固定部の機能を有している。このようにすれば、分割ステータコア１７５を有するステータ１４０をケースに固定するために、部材を追加する必要がなく、材料コストおよび製造コストの増加を回避することができるので望ましい。

但し、本発明の固定部はリングに限られるものではない。たとえば、一体の環状形状のステータコアを有しておりリングを必要としないステータの場合、ステータとケースとを連結する任意の連結部材を本発明の固定部とすることができる。この固定部にばね部を設けることによって、ステータからケースへの振動伝達を抑制できる効果を、同様に得ることができる。

また、ばね部の形状は、実施の形態１〜４で説明した形状に限られるものではない。ステータ１４０が振動して変位したとき、ステータ１４０に弾性力を作用させてステータ１４０を元の位置へ復元できるものであれば、ばね部は、たとえばジグザグばね、Ｕ字型ばねなどの、任意のばね形状に形成されてもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の概略構成を示す側断面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った、ステータ１４０の断面図である。 実施の形態１のステータをケースに固定する固定部の構成を示す断面模式図である。 実施の形態２のステータをケースに固定する固定部の構成を示す断面模式図である。 実施の形態３のステータをケースに固定する固定部の構成を示す断面模式図である。 実施の形態４のステータをケースに固定する固定部の構成を示す断面模式図である。

符号の説明

１０，２０，３０，６０ ケース、１１，２１，２２，３２，６１，６２ ボルト穴、２３，６３ 突起部、２４，６４ 先端部、４０，７０ リング、４１，４２，７１，７２ 張出部、４３，７３ 円筒部、４４，４５，７４，７５ 曲折部、５１，５２，８１，８２ ボルト、７１ａ，７２ａ 貫通孔、１００ 回転電機、１１０ 回転シャフト、１２０ ロータ、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１７５ 分割ステータコア。

Claims (4)

1. 回転可能に設けられた回転シャフトと、
   前記回転シャフトに固設されたロータと、
   前記ロータの周囲に配置されたステータと、
   前記回転シャフト、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
   前記ステータを前記ケースへ固定する固定部とを備え、
   前記固定部は、前記ステータが変位したとき弾性変形するばね部を有する、回転電機。
2. 前記固定部は、前記ステータに結合されたステータ結合部と、前記ケースに結合されたケース結合部とを有し、
   前記ステータ結合部と前記ケース結合部との中間部が曲折されて、前記ばね部が形成されている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定部には、貫通孔が形成されており、前記貫通孔を貫通部材が貫通して前記固定部を前記ケースへ結合させ、
   前記貫通孔の周縁部が曲折されて前記ばね部が形成されている、請求項１に記載の回転電機。
4. 前記ケースは、前記ステータに対向する面が突起した突起部を有し、
   前記ステータおよび前記突起部によって前記固定部が挟持されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機。

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