JPH0549283A - 可変リラクタンス型モータの駆動制御方法 - Google Patents

可変リラクタンス型モータの駆動制御方法

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JPH0549283A
JPH0549283A JP3229781A JP22978191A JPH0549283A JP H0549283 A JPH0549283 A JP H0549283A JP 3229781 A JP3229781 A JP 3229781A JP 22978191 A JP22978191 A JP 22978191A JP H0549283 A JPH0549283 A JP H0549283A
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JP
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energization
electrical angle
phase
torque
rotor
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JP3229781A
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Tetsuro Sakano
哲朗 坂野
Hideaki Oku
秀明 奥
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Fanuc Corp
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Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2つの通電パターンによってリラクタンス型
モータを制御する。 【構成】 ステータ突極とロータ突極が完全に対向する
インダクタンスの大きい電気角180度の位置から所定
量ずれた位置と電気角0度若しくは360度の位置間を
通電区間Tとする。電気角180度の近傍で通電を停止
して電気角180度の位置ではインダクタンスの電流が
「0」になるようにする。電気角0度,360度で通電
を停止してもインダクタンスが小さいので、インダクタ
ンスによる電流の流れは少ない。これにより逆トルクの
発生を小さいものにする。この2つの通電パターンは、
反時計方向トルク発生時(図1(b),(d))と時計
方向トルク発生時(図1(a),(c))にわけられ、
トルク指令の符号により通電パターンを選択し、モータ
を制御する。通電パターンが2つのパターンであるか
ら、通電制御が容易になり、ソフトウエアも短くかつ処
理時間も短くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、可変リラクタンス型モ
ータの駆動制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】可変リラクタンス型モータは、ロータと
ステータに突極を設け、ステータの突極に巻回された巻
線に電流を流すことによってステータ突極を励磁し、該
突極に生じる磁気吸引力によってロータ突極を引き寄せ
回転力を発生させるモータである。そのため、ステータ
巻線に流す電流の向きは関係なく、ロータの位置、即
ち、ロータの電気角に応じて、通電する巻線の相を決定
するものである。
【0003】ステータ突極とロータ突極が対向を開始す
る位置から完全に対向するまでの間に巻線に電流を流せ
ばロータ回転方向のトルクを発生する。例えば、第4図
(a)に示すようにステータ20のA相の突極20Aと
ロータ21の1つの突極21aが対向開始する位置から
A相の巻線(突極20Aに巻回された巻線)に電流を流
せばステータ20のA相の突極20Aはロータ突極21
aを吸引し、ロータ21を第4図(a)中反時計方向に
回転させるトルクを発生する。そして、第4図(b)に
示すようにステータ20のA相の突極20Aとロータ突
極21aが完全に対向する位置まで、A相に電流を流せ
ば反時計方向のトルクが発生する。しかし、第4図
(b)に示すロータ21の位置よりさらにロータ21が
反時計方向に回転した位置までA相に電流を流すと、逆
に時計方向へのトルクを発生する。即ち、トルクは常に
磁気抵抗を減少させる方向に生じるものである。
【0004】そこで、第4図(a)に示すようにA相の
ステータ突極20Aとロータ21の1つの突極が対向開
始するロータ位置を電気角0度とし、ステータ突極20
Aとロータ突極が完全に対向する第4(b)のロータ位
置を電気角180度、次のロータ突極がステータ突極2
0Aと対向開始するロータ位置を電気角360度(第4
図(a)参照)とすると、ロータ21の回転方向に関係
なく、次のようにステータ20Aの巻線、即ち、A相の
巻線に通電すれば第4図中時計方向,反時計方向のトル
クを発生する。
【0005】 反時計方向トルク…電気角0度から180度の間通電 時計方向トルク…電気角180度から360度まで通電 そこで、従来の可変リラクタンス型モータ駆動制御にお
いては、ロータの電気角位置において上述した2種類の
通電パターンをROM等に記憶させておき、この通電パ
ターンを用いて各相の通電時間を制御している。
【0006】しかし、巻線にはインダクタンスがあるた
め、巻線への電圧印加が「0」になっても、しばらく電
流は流れる。そのため、上述した通電時間だけ巻線へ電
圧を印加しても通電時間を越えて電流が流れることとな
り、目的のトルクとは逆方向のトルクを発生させ、モー
タ効率を損う。
【0007】例えば、第4図において反時計方向にロー
タ21を回転させるために、ステータ突極20AのA相
巻線に電気角0度から電圧の印加を開始し、電気角18
0度で切ったとしても、第5図に示すように巻線のイン
ダクタンスにより電流が流れ、そのため、時計方向のト
ルクが発生し、これが妨害トルクとなってモータの効率
を損なうこととなる。そこで、本願出願人は、図6に示
すようにロータ21の回転方向と発生させようとするト
ルク方向(加速か減速かの相違)に応じて、4つの通電
パターンにより、モータを制御することを提案した。
【0008】モータの加速時(回転方向とトルク発生方
向が同一)には、図6(b),(c)に示すような通電
パターンとする。すなわち、各相におけるステータ突極
とロータ突極が対向開始する電気角0度または360度
の位置でステータの巻線に電圧を印加して通電を開始
し、励磁されたステータ突極によりロータ突極を吸引し
モータを加速する。そして、励磁したステータ突極とロ
ータ突極が完全に対向する電気角180度に達する前
で、かつ、他相のステータ突極が励磁された後、電圧印
加を停止し通電を停める(他相のステータ突極が励磁さ
れない段階で通電を停めるとトルクが全く生じない区間
が発生するので、他相が励磁された後に通電を停め
る)。この通電パターンにより、ステータ突極とロータ
突極が完全に対向する前に通電が停止されるから、巻線
のインダクタンスにより、電圧印加を停止しても流れる
電流はステータ突極,ロータ突極が完全に対向する位置
に達するまでには零又は零に近い値となり、逆トルクを
小さくし、又は発生させることはない。
【0009】また、減速時(回転方向とトルク発生方向
が逆)においては、図6(a),(d)に示すような通
電パターンとする。すなわち、ステータ突極とロータ突
極が完全に対向している位置(電気角180度)から当
該の巻線の通電を開始することにより、回転方向とは逆
方向のトルクが発生させモータを減速させる。そして、
ステータ突極とロータ突極の対向が終了する位置より前
で、かつ、他相が励磁されている段階で、通電を停止し
て、インダクタンスによる電流によってステータ突極が
他のロータ突極を吸引し、減速方向とは逆(加速方向)
のトルクを発生させないようにする。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した4つ
の通電パターンでモータを制御するには、モータ(ロー
タ)の回転方向及び発生しようとするトルクの方向を判
断し、通電パターンを選択し、夫々の通電開始位置より
通電を開始させねばならず、通電制御のためのソノトウ
エアが長くなり、処理時間も長くなるという欠点があ
る。
【0011】そこで、本発明の目的は、通電パターンの
種類を少なくし、駆動制御を簡単にする可変リラクタン
ス型モータの駆動制御方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、加速時には、
各相におけるステータ突極とロータ突極が対向開始する
位置から当該相の巻線に通電を開始し、当該相のステー
タ突極とロータ突極が完全に対向する位置より前で他相
の巻線に通電が開始された後の間に当該相の巻線への通
電を停止させる通電パターンとし、減速時には、各相に
おけるステータ突極とロータ突極が完全に対向した位置
より後で他相の巻線の通電が終了する前の間に当該相の
巻線に通電を開始し、当該相のステータ突極とロータ突
極の対向が終了する位置で当該相の巻線への通電を停止
させる通電パターンとし、発生トルク方向に対して夫々
1つの通電パターンにすることによって上記課題を解決
した。
【0013】
【作用】リラクタンス型モータのインダクタンスは、例
えば図4に示す例をとって説明すると、ロータ21の突
極21aとステータ20の突極20aが全く合わない電
気角0度(または360度)ではほぼ「0」であり(図
4(a)の状態)、ロータ21の突極21aとステータ
20の突極20aが完全に合う図4(b)の状態が最大
となる。したがって、通電を停止してもインダクタンス
の影響で電流が流れ続け、電流が「0」になるのに時間
のかかるのは、電気角180度の位置で通電を停止する
ときであり、電気角0度または360度の位置で通電を
停止しても、インダクタンスは「0」であるので、電流
の流れは直ちに停止する。そのため、電気角180度で
電流の流れを止めるには、電気角180度になる前に通
電を停止し、インダクタンスによる電流の流れが、電気
角180で「0」になるようにすればよい。
【0014】また、電気角180度で通電を開始しても
インダクタンスが大きいので、ステータ巻線の電流は急
激には立ち上がらない。そのため、電気角180度を過
ぎた後に通電を開始しても格別問題はない。そこで、発
生トルク方向が時計方向であれば通電パターンを電気角
180度より大きい設定された電気角から電気角360
度までとし(図1(a),(c)参照)、発生トルク方
向が反時計方向であれば、通電パターンを電気角0度か
ら電気角180度よりも小さい設定された角度までとす
る(図1(b),(d)参照)。これにより、時計方向
への加速時には(発生トルク及び回転方向が時計方向,
図1(c)参照)、ステータ突極とロータ突極が対向を
開始する電気角360度で通電を開始、電気角180度
になる前に通電を停止し、インダクタンスによる電流が
電気角180度になると「0」になるようにする。ま
た、反時計方向の回転で発生トルクを時計方向に発生さ
せ減速させるときには(図1(a)参照)、通電パター
ンは上記加速時と同一で、電気角180度を越えた位置
より通電を開始し、電気角360度の位置で通電を停止
する。
【0015】反時計方向への加速時には(図1(b)参
照)、電気角0度で通電を開始し、電気角180度にな
る前の位置で通電を停止してインダクタンスによる電流
が電気角180度で「0」になるようにし、回転方向が
時計方向で発生トルクを反時計方向に発生させ減速させ
る場合には(図1(d)参照)、通電パターンは反時計
方向の加速時と同一で、電気角180度を過ぎた設定電
気角(180度より小さい電気角)より通電を開始し電
気角0度で通電を停止する。
【0016】
【実施例】図1は本発明による通電区間を説明する説明
図で、図6に示す前述した先の出願の例と比較して、加
速時の通電区間(図1(b),(c)及び図6(b),
(c)参照)は同一であるが、減速時における通電区間
が異なっている(図1(a),(d)及び図6(a),
(d)参照)。なお、図1,図6においてTは通電区
間、Iは通電により巻線に実際に流れる電流を示してお
り、通電区間Tに付した矢印は通電開始,終了を示すも
ので、上方向の矢印は通電開始(通電の立ち上がり)を
示し、下方向の矢印は通電終了(通電の立ち下がり)を
意味する。
【0017】まず、図6に示した通電区間Tと同一であ
る加速時について説明する。図1(b)は反時計方向に
ロータ21を回転させるために反時計方向にトルクヲ発
生させ加速を行うときの通電区間の説明であり、図4
(a)に示すようにロータ21の突極21aとステータ
20の突極20Aか対向開始する電気角0度の位置で通
電を開始しする。この時はインダクタンスが小さいので
巻線に流れる電流Iは急速に立ち上がりステータ20の
突極20Aはロータ21の突極21aを吸引しロータ2
1を反時計方向に加速することになる。そして、通電を
図4(b)に示す電気角180度に達する前で停止し、
巻線のインダクタンスにより蓄積されたエネルギにより
流れる電流Iが電気角180度になったとき「0」にな
るようにする。この通電を停止させる位置は、モータを
使用するときに使用する回転速度で電気角180度で巻
線に流れる電流Iが「0」になるように実測等の方法で
決める。
【0018】時計方向に加速する場合は、図1(c)に
示すように、電気角360度で通電を開始しロータ21
を時計方向に吸引して加速し、電気角が180度になる
前に通電を停止し、電気角が180度になった時点では
巻線に流れる電流Iが「0」になるようにする。この場
合も、図1(b)に示す反時計方向への加速時と同一
で、通電開始時にはインダクタンスがほとんど「0」で
あるので、電流Iの立ち上がりは急であり、通電停止時
の電流の立ち下がりはインダクタンスの影響で緩やかに
なる。
【0019】次に、図6に示した例とは通電区間Tが異
なる減速時について説明する。まず、反時計方向に回転
中に減速させるために時計方向にトルクを発生させる場
合について説明する。図6で示す先の例では、図4
(b)で示すように電気角180度の位置(ロータ21
の突極21aとステータ20の突極20Aが完全に対向
する位置)にロータ21が反時計方向に回転し達する
と、ステータ巻線に通電を開始し、ロータ21の突極2
1aとステータ20の突極20Aとの対向が終わる電気
角360度になる前に通電を停止し、インダクタンスに
よる電流が電気角360度になったとき「0」になるよ
うに、通電区間Tを図6(a)に示すようにした。しか
し、電気角180度で通電を開始したとしても、ロータ
21の突極21aとステータ20の突極20Aが完全に
対向している位置であるからインダクタンスが大きく、
電流の立ち上がりは遅く通電開始直後は巻線に流れる電
流Iは少なく発生トルクも小さい。そのため、時計方向
への加速時(図1(c),図6(c)の場合)の通電終
了と同じ電気角位置で図1(a)に示すように通電を開
始しても、発生トルクの減少は格別大きなものにならな
いので、時計方向の加速度における通電終了時の電気角
位置で通電を開始するようにする。また、ロータ21の
突極21aとステータ20の突極20Aが対向しない電
気角360度ではインダクタンスがほぼ「0」であるた
め、電気角360度で通電を停止しても、インダクタン
スに蓄えられたエネルギによる電流はほとんどなく、逆
トルクの発生は僅かである。そこで、本発明は、図1
(a)に示すように、反時計方向にロータ21が回転中
に時計方向のトルクを発生させて減速する場合に、図1
(c)で示す時計方向への加速時と同一の通電パターン
とする。
【0020】また、時計方向に回転中に減速する場合
は、図1(d)に示すように、ロータ21の突極21a
が電気間180度の位置よりさらに時計方向に進んだ位
置より通電を開始し電気角0度の位置で通電を停止する
ようにして、図1(b)に示す反時計方向への加速時と
同一通電区間Tとする。この場合も、図1(a)の通電
区間について説明したように、電気角180度を過ぎた
位置より通電を開始するので、電気角180度で通電を
開始する時と比べインダクタンスが小さいので電流Iの
立ち上がりは急になり、発生トルクの減少は格別大きな
ものにはならない。また、電気角0度の位置で通電を停
止しても、インダクタンスがほぼ「0」であるので通電
を停止して巻線に流れる電流Iは僅かであり、逆トルク
の発生は少ない。
【0021】以上のように、図1(b),(d)に示さ
れるように、トルクを反時計方向に発生させるのときに
は、通電区間Tを電気角0度と電気角180度より少し
前の位置の区間とし、図1(a)(c)に示されるよう
に、トルクを時計方向に発生させるときには、通電区間
Tを電気角180度を少し過ぎた位置から電気角360
度の位置までの区間として、通電区間Tを発生トルク方
向毎の2つのパターンとする。
【0022】そして、この通電区間Tは、使用する回転
速度において、加速時(図1(b),(c)の動作のと
き)、通電を停止して巻線に流れる電流を測定し電気角
180度で「0」になるような通電停止位置を求めて決
める。ただし、通電区間Tが電気角360度を使用する
モータの相数で割った値よりも小さくならないようにす
る。それは、通電区間が短くなって、どの相も励磁され
ずにトルクがまったく生じない区間が出ないようにする
ためである。例えば、モータを3相とすると、最小通電
区間は電気角120度となり、これ以上通電区間を短か
くすると、どの相も励磁されない区間が生じ、トルクを
まったく生じない区間ができる。
【0023】A,B,C相の3相可変リラクタンス型モ
ータで通電区間を135度としたときの各相の通電区間
の一実施例を第2図に示す。電気角はA相の通電区間に
合わせ、B相,C相はそれぞれ120度,240度位相
がずれている。
【0024】図2(a)は反時計方向にトルクを発生さ
せるときの角相の通電区間を示す図で、A相にはステー
タ突極とロータ突極が対向を開始(または終了)する電
気角0度の位置から、A相のステータ突極とロータ突極
が完全に対向する電気角180度より45度前の電気角
135の間を通電区間とする。B相はA相より120度
位相がずれ、B相ステータ突極とロータ突極が対向を開
始(又は終了)する電気角120度から、完全に対向す
る位置より電気角45度前の225度の間を通電区間と
する。C相は電気角240度と電気角15度までの間を
通電区間とする。
【0025】時計方向にトルクを発生させる場合には、
図2(b)に示すように、A相は電気角225度から3
60度の区間を通電区間とし、B相は電気角345度か
ら120度を通電区間とし、C相は電気角105度から
電気角240度もでを通電区間とする。以上のように、
各相の通電区間はトルク発生方向によって2種類のパタ
ーンがあり、この2種類のパターンによって可変リラク
タンス型モータを駆動制御すれば、制御が容易で逆トル
ク発生を零または小さくした効率のよいモータ駆動がで
きる。そこで、上記2種類の通電区間のパターンで、か
つ、各パターンの通電区間における電気角に対し、所定
関数の値をROM等に記憶しておき、ロータの電気角に
応じて各相の励磁電流を制御するようにすればよい。
【0026】図3は本発明を実施する3相リラクタンス
型モータの制御部の要部ブロック図である。速度ループ
補償回路1は、速度指令Vcと周波数/電圧変換器9か
ら出力される可変リラクタンス型モータ6の実速度に対
応する電圧との差、即ち、速度偏差を増幅し、トルク指
令Tcを出力し、乗算器2A,2B,2Cは該トルク指
令TcとA,B,C相の関数信号発生器8A,8B,8
Cから出力されるモータ6の電気角θに応じた2π/3
位相のずれた信号とを各々乗じて相電流指令ir(A),
ir(B) ,ir(C) を出力する。電流ループ補償回路3
A,3B,3Cは各相電流指令ir(A) ,ir(B) ,i
r(C) と電流検出器5A,5B,5Cで検出された対応
する相電流ic(A) ,ic(B) ,ic(C) との差、即
ち、電流偏差を増幅し、相電圧指令er(A) ,er(B)
,er(C) を各々電力増幅器4A,4B,4Cへ出力
する。 電力増幅器4A,4B,4Cは、PWMインバ
ータ回路等で構成され、相電圧指令er(A) ,er(B)
,er(C) を受信し、相電圧er'(A),er'(B),e
r'(C)をモータ6の各相に印加し、モータ6を駆動する
ものである。
【0027】上記周波数/電圧変換器9はモータ6に取
付けられたパルスコーダ7の出力を周波数から電圧に変
換し、モータ6の実速度に応じた電圧を出力する。な
お、G1(S)は速度ループ補償回路1の伝達関数で、
G2(S)は電流ループ補償回路3A,3B,3Cの伝
達関数である。また、G3は電力増幅器4A,4B,4
Cのゲインである。上述した制御回路は従来の可変リラ
クタンス型モータの制御回路と略同一であるが、関数信
号発生器8A,8B,8Cの構成が従来のものとは異な
る。各相の関数信号発生器8A,8B,8Cにはモータ
6に発生させるトルク方向に応じて上述した2種類の通
電区間パターンで、かつ、各パターン毎ロータの電気角
に応じ、各相120度位相のずれた関数信号値が格納さ
れたROMを有しており、モータ6に発生させるトルク
の方向は速度ループ補償回路1から出力されるトルク指
令Tcの正,負の符号によって判断し、上述した2種類
の通電区間パターンを選択し、パルスコーダ7から出力
される信号によってロータの電気角を判断して、その電
気角に応じた関数信号をそれぞれ乗算器2A,2B,2
Cへ出力するようになっている。
【0028】すなわち、トルク指令Tcから反時計方向
のトルク指令と判断されると、図2(a)に示す各相の
通電区間パターンが選択され、ロータの電気角θに応じ
て、ROMから関数信号が読出され乗算器2A,2B,
2Cへ出力される。そして、これ以後の作動は従来と同
様である。また、トルク指令Tcから時計方向のトルク
指令と判断されると、図2(b)に示す各相の通電区間
パターンが選択され、ロータの電気角θに応じて、RO
Mから関数信号が読出され乗算器2A,2B,2Cへ出
力される。ただし、前述したように、インダクタンスの
大きい電気角180度では通電が停止させることがなく
電気角180度になる前に停止されるから、巻線のイン
ダクタンスによって電圧印加を停止しても流れる電流に
よって逆トルクが発生することが少ない。
【0029】このようにして、トルク指令Tcの符号に
よって発生させるべきトルク方向が求められ、2種類の
通電区間のパターンが選択され、その通電パターンに基
いて各相の関数信号が順次信号発生器8A,8B,8C
より出力され、逆トルクの発生が少なく、または発生が
ない効率のよい可変リラクタンス型モータの駆動制御が
できる。
【0030】
【発明の効果】本発明は、各相の巻線に通電する通電角
を縮小し、通電を停止しても巻線のインダクタンスの影
響で流れる電流によって目的とする発生トルク方向とは
逆方向のトルクを減少または発生させないようにしする
と共に、通電パターンを発生トルク方向毎の2種類とし
たので、モータの制御が容易となり、通電制御のソフト
ウエアを短くすることができる。しかも、この通電制御
の処理時間も短くなるので、制御が容易でかつ、可変リ
ラクタンス型モータの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による通電区間を説明する説明図であ
る。
【図2】本発明の一実施例の各相通電区間を説明する説
明図である。
【図3】同実施例を実施する3相リラクタンス型モータ
の制御部の要部ブロック図である。
【図4】可変リラクタンス型モータにおけるトルク発生
を説明する説明図である。
【図5】従来の通電区間では逆トルクが発生することの
説明図である。
【図6】先に出願した4つの通電パターンにより逆トル
ク発生を防止した通電区間の説明図である。
【符号の説明】
1 速度ループ補償回路 2A〜2C 乗算器 3A〜3C 電流ループ補償回路 4A〜4C 電力増幅器 5A〜5C 電流検出器 6 可変リラクタンス型モータ 7 パルスコーダ 8A〜8C 関数信号発生器 9 周波数/電圧変換器 20 ステータ 20A ステータ突極 21 ロータ 21a ロータ突極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変リラクタンス型モータの駆動制御方
    法において、加速時には、各相におけるステータ突極と
    ロータ突極が対向開始する位置から当該相の巻線に通電
    を開始し、当該相のステータ突極とロータ突極が完全に
    対向する位置より前で他相の巻線に通電が開始された後
    の間に当該相の巻線への通電を停止させ、減速時には、
    各相におけるステータ突極とロータ突極が完全に対向し
    た位置より後で他相の巻線の通電が終了する前の間に当
    該相の巻線に通電を開始し、当該相のステータ突極とロ
    ータ突極の対向が終了する位置で当該相の巻線への通電
    を停止させることを特徴とする可変リラクタンス型モー
    タの駆動制御方法。
  2. 【請求項2】 上記各相の巻線に通電する通電電気角は
    発生トルク方向に対して夫々1つの通電パターンである
    ことを特徴とする請求項1記載の可変リラクタンス型モ
    ータの駆動制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9225275B2 (en) 2010-04-07 2015-12-29 Black & Decker Inc. Power tool with light unit
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9225275B2 (en) 2010-04-07 2015-12-29 Black & Decker Inc. Power tool with light unit
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