CN112264326A - 一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置及方法，解决现有力矩器装配过程耗时耗力且易造成零件报废的问题。该装置包括包括中空轭铁、铁芯、螺线管、直流电源、磁极片座和测量机构；中空轭铁的上端中部开设有通孔；铁芯位于中空轭铁内，且铁芯的下端固定在中空轭铁底部中心，上端位于中空轭铁的通孔内；螺线管套装在铁芯上；磁极片座固定在铁芯上端面且位于通孔内，磁极片座外圆表面与通孔内壁之间存在间隙；磁极片座上表面设有圆形槽，并用于限定磁极片与通孔内壁之间的气隙；直流电源向螺线管供电，使磁极片与通孔内壁之间气隙的磁密与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密相匹配；测量机构用于检测磁极片与通孔内壁之间的气隙磁密。

Description

一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置及方法

技术领域

本发明涉及加速度计力矩器装配技术，具体涉及一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置及方法。

背景技术

石英挠性加速度计作为惯性导航系统的关键传感器单元，其误差水平直接决定着惯性导航系统的导航精度。加速度计标度因数的非线性误差主要来源于永磁式力矩器的标度因数非线性变化，其中力矩器磁路性能的非线性占比最大。

力矩器作为加速度计的关键器件，力矩器05结构如图1所示，按照加速度计装配工序，将磁极片01与磁钢02、补偿环03装配粘接入轭铁04内部，完成力矩器05的装配过程，装配完成后对力矩器进行充磁、稳磁后，再使用特斯拉计对力矩器气隙磁密进行测试，一般取样气隙周向3点位置。若3点气隙磁密均匀性超差，无法满足要求，则需要将磁极片01、磁钢02、补偿环03拆除，轭铁04清理后，更换零件(磁极片01、磁钢02、补偿环03)并再次粘接、测试，直至力矩器的气隙磁密满足要求。力矩器的装配零件粘接完成后，测试过程存在因力矩器气隙磁密极差超差，进而导致粘接好的零件拆装的返工，使得力矩器的装配过程繁琐、周期较长、耗时耗力，以及拆除零件(磁极片01、磁钢02、补偿环03)的过程，容易损伤零件，造成零件报废。

发明内容

为了解决现有力矩器装配过程中，存在因气隙磁密均匀性超差，进而导致粘接好的零件拆装的返工，使得力矩器装配过程耗时耗力且易造成零件报废的技术问题，本发明提供了一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特殊之处在于：包括中空轭铁、铁芯、螺线管、直流电源、磁极片座和测量机构；

所述中空轭铁的上端中部开设有通孔；

所述铁芯位于中空轭铁内，且铁芯的下端固定在中空轭铁底部中心，上端位于中空轭铁的通孔内；

所述螺线管套装在铁芯上；

所述磁极片座固定在铁芯上端面且位于通孔内，磁极片座外圆表面与通孔内壁之间存在间隙；

所述磁极片座上表面设有用于放置磁极片的圆形槽，并用于限定磁极片与通孔内壁之间的气隙；

所述直流电源向螺线管供电，使磁极片与通孔内壁之间气隙的磁密与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密相匹配；

所述测量机构用于检测磁极片与通孔内壁之间的气隙磁密。

进一步地，所述测量机构包括测量探头、霍尔传感器、导线和特斯拉计；

所述测量探头包括柱状探头本体和导向筒；所述柱状探头本体上设有过线通道；所述导向筒同轴设置在柱状探头本体的一端，导向筒的外径与中空轭铁的通孔直径相适配，导向筒的内径大于圆形槽的直径；

所述导向筒的筒壁上沿轴向设有第一凹槽；

所述霍尔传感器嵌入第一凹槽内；

所述导线的一端与特斯拉计连接，另一端穿过过线通道与霍尔传感器连接。

进一步地，所述过线通道包括设置在柱状探头本体上的中心孔、沿轴向设置柱状探头本体侧壁的第二凹槽、与中心孔和第二凹槽贯通的径向通孔；

所述第二凹槽与第一凹槽相贯通；

所述径向通孔位于第二凹槽远离第一凹槽的一端。

进一步地，所述第一凹槽为圆周均布的N个,N≥2；

所述霍尔传感器和导线的数量均为N个，N个霍尔传感器分别嵌入N个第一凹槽内，且N个霍尔传感器几何中心位于导向筒的同一圆周上；N个导线的一端分别与N个霍尔传感器连接，另一端穿过过线通道后均与特斯拉计连接。

进一步地，所述过线通道包括设置在柱状探头本体上的中心孔、沿轴向设置在柱状探头本体侧壁且周向布置的N个第二凹槽、与中心孔和N个第二凹槽贯通的N个径向通孔；

N个第二凹槽分别与N个第一凹槽相贯通；

N个径向通孔分别位于N个第二凹槽远离第一凹槽的一端。

进一步地，所述N为4。

进一步地，所述铁芯的下端与中空轭铁为螺纹连接。

基于上述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置的磁极片预筛选方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)将磁性能合格的标准磁极片放置在磁极片座上表面的圆形槽内；

2)调整直流电源的电压，使磁极片座上标准磁极片与中空轭铁的通孔内壁之间的气隙磁密与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密相匹配，确定直流电源的电压值；

3)将待测磁极片放置在磁极片座上表面的圆形槽内，然后直流电源向螺线管通入步骤2)确定的电压值；

4)用测量机构检测待测磁极片与中空轭铁的通孔内壁之间的多点位置的气隙磁密；

5)记录步骤4)中的气隙磁密，并根据气隙磁密极差对待测磁极片磁性能均匀性合格与否进行预筛选。

进一步地，还包括步骤5)：根据预筛选结果对待测磁极片按导磁性能进行分类，并根据磁极片的导磁性能等级与轭铁进行匹配安装。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明通过前期对加速度计某批次力矩器的气隙磁密均匀性超差产生机理进行分析，得出气隙磁密均匀性超差的决定性因素为磁极片，因此设计了筛选装置模拟磁极片在加速度计力矩器中的实际工况，并在力矩器装配前，完成磁极片对力矩器气隙磁性能影响的提前筛选，避免因磁极片导磁性能差导致力矩器零件重新拆装的返工。

2、本发明筛选装置通过对磁极片磁性能的预筛选，减少因磁极片拆卸更换带来的零件报废，经过筛选出磁性合格的磁极片与轭铁装配形成的力矩器，其气隙磁性能必然符合要求，提高了力矩器装配阶段的整体效率。

3、本发明筛选方法可对磁极片按导磁性能进行分类，并根据磁极片的导磁性能等级与轭铁、磁钢进行匹配性安装，形成不同等级的力矩器；便于为高精度加速度计力矩器提供性能优质的磁极片零件。

4、本发明测量机构在进行磁极片气隙磁密检测时，测量探头的导向筒与中空轭铁上端通孔内壁相接触，形成径向定位，保证导向筒与中空轭铁的同轴度，避免因配合间隙及轴向位置变动带来测量误差；霍尔传感器采集磁极片气隙数据，传输至特斯拉计显示，即可获得磁极片气隙磁密；采用霍尔传感器，直流精度达±0.05％，测量精度高；霍尔传感器为一个时，通过测量探头的自转，可实现气隙周向不同位置的磁密测试。

5、为了便于检测待测磁极片与中空轭铁通孔内壁之间多点位置的气隙磁密，霍尔传感器为周向均布的多个，可实现多点数据的一次性采集，测试操作方便、测量效率高。

6、本发明过线通道的径向通孔和中心孔将导线布置于柱状探头本体内部，用于保护导线，避免其与外部接触受到磨损；过线通道的第二凹槽加工方便，易实现与径向通孔和第一凹槽的贯通，也便于导线放置与保护。

附图说明

图1是现有力矩器装配示意图；

图2是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置结构示意图；

图3是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置结构示意图二(未示出测量机构)；

图4是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置的中空轭铁处结构示意图；

图5是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例一中测量探头立体示意图；

图6是是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例一中测量探头结构示意图一；

图7是是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例一中测量探头结构示意图二；

图8是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例二中测量探头立体示意图；

图9是是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例二中测量探头结构示意图一；

图10是是本发明加速度计力矩器用磁极片预筛选装置实施例二中测量探头结构示意图二；

图中，附图标记如下：

01-磁极片，02-磁钢，03-补偿环，04-轭铁，05-力矩器；

1-磁极片座，11-圆形槽，12-第一通孔，2-铁芯，3-螺线管，4-中空轭铁，41-通孔，42-螺纹孔，5-直流电源；

6-测量探头，61-导向筒，611-第一凹槽，62-柱状探头本体，621-第二凹槽，63-中心孔，64-径向通孔，7-霍尔传感器，8-导线，9-特斯拉计。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

由于现有加速度计力矩器装配过程中存在气隙磁密极差超差现象，使得安装好的力矩器由于气隙磁密均匀性不满足要求，需要对粘接好的零件(磁极片、磁钢、补偿环)拆装的返工，导致力矩器的装配过程繁琐、周期较长、耗时耗力，以及拆除过程，易损伤零件，造成零件报废，因此，本发明对加速度计力矩器气隙磁密均匀性超差的原因进行分析，主要从以下三个方面：

1)测试仪器

使用同一特斯拉计对库存合格力矩器与出现气隙磁密超差的力矩器对比测试，发现库存合格的力矩器气隙磁密均匀性测试依然合格，出现气隙磁密均匀性超差的力矩器气隙磁密均匀性依然超差，证明了力矩器气隙磁密均匀性出现超差现象不是测试仪器导致；

2)结构精度

通过改变磁钢与轭铁、磁极片和磁钢的安装位置，发现引起力矩器气隙磁密极差超差的结构精度因素主要指磁钢、磁极片组成的磁钢组件与轭铁的同轴度，若二者同轴度超差，则轭铁与磁钢组件间的气隙尺寸不均匀，自然带来气隙磁密极差超差；

3)材料因素

力矩器主要由磁钢、磁极片、补偿环、轭铁构成，通过分别更换不同的磁钢、磁极片、补偿环、轭铁，对力矩器气隙磁密进行检测，其检测结果表明：磁钢和磁极片的磁性能均可引起力矩器气隙磁密不均匀，其中，磁极片的磁性能受材料含碳量、冶炼方式、热处理工艺的细微差异及加工过程带来的残余应力影响很大，进而易引起力矩器气隙磁密的不均匀。

通过上述分析发现：影响加速度计力矩器气隙磁密极差/超差的主要因素为磁钢组件与轭铁同轴度、磁极片的导磁性能。

磁钢组件与轭铁的同轴度保证，仅需要限定工艺安装要求即可实现。因此，力矩器气隙磁密的线性度主要影响因素为磁极片的导磁性能，由于加速度计的磁极片材料为DT4C，该软磁材料的含碳量、冶炼方式及热处理工艺的细微差异均易影响磁极片内部的残余应力，进而显著影响磁极片磁性能。因此本发明模拟磁极片在加速度计力矩器中的实际工况，完成磁极片对力矩器气隙磁性能影响的提前筛选，避免因磁极片导磁性能差异导致力矩器气隙磁密极差超差，进而导致力矩器重新拆装的返工。

实施例一

如图2至图4所示，一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，主要包括功能部分与供电电源两部分；

功能部分包括中空轭铁4、铁芯2、螺线管3、磁极片座1和测量机构；中空轭铁4结构形状与力矩器05的轭铁04结构相适配，中空轭铁4的上端中部开设有通孔41，其底部中心设有螺纹孔42；铁芯2位于中空轭铁4内，且铁芯2的下端固定在中空轭铁4底部的螺纹孔42内，上端伸入中空轭铁4的通孔41内；螺线管3套装在铁芯2上；磁极片座1固定在铁芯2上端面并位于中空轭铁4的通孔41内，磁极片座1的侧壁与通孔41内壁之间存在间隙，磁极片座1的上表面设有用于放置磁极片的圆形槽11，并用于限定磁极片与通孔41内壁之间的气隙，铁芯2的上端伸出磁极片座1，且铁芯2的上端面与圆形槽11槽底共面，圆形槽11槽底、圆形槽11槽壁和铁芯2上端面共同形成用于放置磁极片的容置腔；磁极片座1上的圆形槽11的直径可略大于待测试磁极片的直径，使得磁极片的更换较为方便，提高了检测的便易性和效率。

供电电源为向螺线管3供电的直流电源5，使磁极片与通孔41内壁之间气隙的磁密与气隙磁密测试合格力矩器的气隙磁密近似相等。

如图5至图7所示，测量探头6包括柱状探头本体62和导向筒61，导向筒61同轴设置在柱状探头本体62的一端；导向筒61的外径与中空轭铁4的通孔41直径相适配，使得导向筒61伸入磁极片与通孔41内壁之间气隙时，导向筒61的外圆面与中空轭铁4上端通孔41内壁相接触或者小间隙配合，形成径向定位，保证导向筒61与中空轭铁4的同轴度；同时，导向筒61的内径大于圆形槽11的直径，使得导向筒61的内圆面与圆形槽外圆面之间存在间隙，保证气隙磁性测量要求。

导向筒61的筒壁上沿轴向设有一个第一凹槽611，霍尔传感器7嵌入第一凹槽611内，霍尔传感器的安装位置尽可能靠近导向筒的最前端(边缘位置)，且保证霍尔传感器不外露，在保证霍尔传感器满足装配要求的情况下，可达到最大测量深度。柱状探头本体62上设有与第一凹槽611连通的过线通道，过线通道包括设置在柱状探头本体62上的中心孔、沿轴向开设在柱状探头本体62侧壁上的第二凹槽、与中心孔和第二凹槽贯通的径向通孔，第二凹槽与第一凹槽相贯通，径向通孔位于第二凹槽远离第一凹槽的一端。导线8的一端与霍尔传感器7的信号输出端连接，另一端依次穿过第二凹槽621、径向通孔64，并从柱状探头本体62未设有导向筒的一端中心孔63穿出后，与特斯拉计9连接。

第二凹槽可作为导线的容置槽，对导线起保护作用；同时也可作为测量探头转动的起始位置，相应地，可在中空轭铁上设有起始刻线，通过起始刻线与第二凹槽位置的对准，便于准确测试周向一圈的气隙磁密数据；径向通孔和中心孔将导线布置于柱状探头本体62内部，有利于保护导线，避免其与外部接触受到磨损。

本实施例筛选装置根据加速度计力矩器的基本结构，使用通电螺线管3替代磁钢提供磁能，通过结构设计与磁场设计计算，合理设计中空轭铁4与螺线管3的距离、磁极片座1外圆面与中空轭铁4通孔41内壁的间隙、直流电源5的电压，实现筛选装置气隙磁密与待装配加速度计力矩器气隙磁密基本相等，为磁极片筛选创造与实际工况相同的工作环境。

本实施例筛选装置由螺线管3提供磁能，铁芯2、磁极片、气隙与中空轭铁4形成闭合磁路。使用时首先将磁极片放入圆形槽11内，然后直流电源5向螺线管3通电，之后再将测量机构的测量探头6伸至磁极片与中空轭铁通孔41内壁之间气隙内，特斯拉计对磁极片与中空轭铁4的通孔41内壁之间的气隙磁密进行采样测试，测试完毕，螺线管3断电即可轻松拆下并更换下一个磁极片进行测试。根据测量机构测试值的极差判断磁极片的磁性能是否满足力矩器对气隙磁密的要求。

本实施例筛选装置在力矩器装配前对磁极片的磁性能进行测试并进行筛选，可保证筛选出磁性合格的磁极片装配在轭铁中形成的力矩器气隙磁密满足要求，避免磁性能不合格的磁极片装配在轭铁中后，因气隙磁磁性能不满足要求产生的二次拆卸问题。

基于上述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，本实施例提供了一种磁极片预筛选方法，包括以下步骤：

1)将磁性能合格的标准磁极片放置在磁极片座1上表面的圆形槽11内；

2)根据待装配力矩器的气隙磁密，调整直流电源5的电压，使磁极片座1上标准磁极片与中空轭铁4的通孔41内壁之间的气隙磁性与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密近似相等，确定直流电源5的电压值；

3)将待测磁极片放置在磁极片座1上表面的圆形槽11内，然后通过直流电源5向螺旋管通入步骤2)确定大小的直流电压；

4)用测量机构检测待测磁极片与中空轭铁4通孔41内壁之间的多点位置的气隙磁密；

具体为：测试时，使测量探头上的霍尔传感器转动一圈，霍尔传感器对多个周向位置的气隙磁密进行采集，并将采集的多个气隙磁密数据传输至特斯拉计；

5)记录步骤4)中的气隙磁密，并根据该气隙磁密极差对待测磁极片磁性能合格与否进行预筛选；具体为：计算多个气隙磁密的极差，将该极差值与设定值范围进行比较，若极差值在设定值范围内，则待测磁极片磁性能合格，若否，则待测磁极片磁性能不合格；

6)根据预筛选结果(极差的大小)对待测磁极片按导磁性能进行分类，极差值越小，磁极片导磁性能越均匀，磁极片的导磁性能等级越高(越好)，并根据磁极片的导磁性能等级与轭铁进行匹配安装，并为高精度加速度计提供性能优质的磁极片零件。

实施例二

与实施一不同之处在于：如图8至图10所示，测量机构的霍尔传感器7和导线8均为多个，可实现多点数据的一次性采集，测试操作方便、测量效率高。在本实施例中为4个，相应地，导向筒61的筒壁上沿轴向开设有4个圆周均布的第一凹槽611；4个霍尔传感器7分别嵌入4个第一凹槽611内，4个霍尔传感器7的几何中心位于导向筒61的同一圆周上，霍尔传感器7的安装位置尽可能靠近导向筒的最前端(边缘位置)，且保证霍尔传感器7不外露，在保证霍尔传感器7满足装配要求的情况下，可达到测量深度；过线通道包括设置在柱状探头本体62上的中心孔63、沿轴向设置在柱状探头本体62侧壁且周向布置的4个第二凹槽621、与中心孔63和4个第二凹槽621贯通的4个径向通孔64；4个第二凹槽621分别与4个第一凹槽611相贯通；4个径向通孔64分别位于4个第二凹槽621远离第一凹槽611的一端。过线通道的径向通孔64和中心孔63，将导线8布置于柱状探头本体62内部，有利于保护导线8，避免其与外部接触受到磨损；过线通道的第二凹槽621，加工方便，易实现与径向通孔64和第一凹槽611的贯通，也便于导线8放置安装。在其它实施例中，过线通道可为沿轴向设置在柱状探头本体62内且周向均布的4个轴向通孔，且4个轴向通孔与4个第一凹槽611相贯通。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (9)

1.一种加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：包括中空轭铁(4)、铁芯(2)、螺线管(3)、直流电源(5)、磁极片座(1)和测量机构；

所述中空轭铁(4)的上端中部开设有通孔(41)；

所述铁芯(2)位于中空轭铁(4)内，且铁芯(2)的下端固定在中空轭铁(4)底部中心，上端位于中空轭铁(4)的通孔内；

所述螺线管(3)套装在铁芯(2)上；

所述磁极片座(1)固定在铁芯(2)上端面且位于通孔(41)内，磁极片座(1)外圆表面与通孔(41)内壁之间存在间隙；

所述磁极片座(1)上表面设有用于放置磁极片的圆形槽(11)，并用于限定磁极片与通孔(41)内壁之间的气隙；

所述直流电源(5)向螺线管(3)供电，使磁极片与通孔(41)内壁之间气隙的磁密与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密相匹配；

所述测量机构用于检测磁极片与通孔内壁之间的气隙磁密。

2.根据权利要求1所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述测量机构包括测量探头(6)、霍尔传感器(7)、导线(8)和特斯拉计(9)；

所述测量探头(6)包括柱状探头本体(62)和导向筒(61)；

所述柱状探头本体(62)上设有过线通道；

所述导向筒(61)同轴设置在柱状探头本体(62)的一端，导向筒(61)的外径与中空轭铁(4)的通孔(41)直径相适配，导向筒(61)的内径大于圆形槽(11)的直径；

所述导向筒(61)的筒壁上沿轴向设有第一凹槽(611)；

所述霍尔传感器(7)嵌入第一凹槽(611)内；

所述导线(8)的一端与特斯拉计(9)连接，另一端穿过过线通道与霍尔传感器(7)连接。

3.根据权利要求2所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述过线通道包括设置在柱状探头本体(62)上的中心孔(63)、沿轴向设置柱状探头本体(62)侧壁的第二凹槽(621)、与中心孔(63)和第二凹槽(621)贯通的径向通孔(64)；

所述第二凹槽(621)与第一凹槽(611)相贯通；

所述径向通孔(64)位于第二凹槽(621)远离第一凹槽(611)的一端。

4.根据权利要求2所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述第一凹槽(611)为圆周均布的N个,N≥2；

所述霍尔传感器(7)和导线(8)的数量均为N个，N个霍尔传感器(7)分别嵌入N个第一凹槽(611)内，且N个霍尔传感器(7)几何中心位于导向筒(61)的同一圆周上；N个导线(8)的一端分别与N个霍尔传感器(7)连接，另一端穿过过线通道后均与特斯拉计(9)连接。

5.根据权利要求4所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述过线通道包括设置在柱状探头本体(62)上的中心孔(63)、沿轴向设置在柱状探头本体(62)侧壁且周向布置的N个第二凹槽(621)、与中心孔(63)和N个第二凹槽(621)贯通的N个径向通孔(64)；

N个第二凹槽(621)分别与N个第一凹槽(611)相贯通；

N个径向通孔(64)分别位于N个第二凹槽(621)远离第一凹槽(611)的一端。

6.根据权利要求5所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述N为4。

7.根据权利要求1至6任一所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置，其特征在于：所述铁芯(2)的下端与中空轭铁(4)为螺纹连接。

8.基于权利要求1所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置的磁极片预筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将磁性能合格的标准磁极片放置在磁极片座(1)上表面的圆形槽(11)内；

2)调整直流电源(5)的电压，使磁极片座(1)上标准磁极片与中空轭铁(4)的通孔(41)内壁之间的气隙磁密与气隙磁密合格力矩器的气隙磁密相匹配，确定直流电源(5)的电压值；

3)将待测磁极片放置在磁极片座(1)上表面的圆形槽(11)内，然后直流电源(5)向螺线管(3)通入步骤2)确定的电压值；

4)用测量机构检测待测磁极片与中空轭铁(4)通孔(41)内壁之间多点位置的气隙磁密；

5)记录步骤4)中的气隙磁密，并根据气隙磁密极差对待测磁极片磁性能均匀性合格与否进行预筛选。

9.根据权利要求8所述加速度计力矩器用磁极片预筛选装置的磁极片预筛选方法，其特征在于：还包括步骤5)：根据预筛选结果对待测磁极片按导磁性能进行分类，并根据磁极片的导磁性能等级与轭铁进行匹配安装。

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