(57)【要約】  固定子コイルの占積率を高くするとともに短辺側の固定子コイル高さを抑制することができる回転電機の固定子を得ることを目的とし、固定子コイル（６）は、１層目を固定子鉄心（４）のティース部に固定子（３）の外径側から内径側へ順次巻き付けられるとともに、層毎に巻き付け方向を反転させて巻き付けられ、最外層をｎ（但し、ｎは３以上の奇数）、各層の最終ターンをｍ（但し、ｍは２以上）としたとき、ｎ層目のｍターン目が固定子（３）の外径側に巻き付けられ、内径側の固定子コイル（６）が短辺側ティース部（４ｂ）でレーンチェンジされるとともに、最外層の外径側の固定子コイル（６）の一部が長辺側ティース部（４ａ）でレーンチェンジされていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体を収容するハウジングと、このハウジングに回転軸を介して回転可能に取り付けられた回転子と、回転子の外周に対向してハウジングに取り付けられた固定子とを備え、前記固定子は、前記ハウジングに固定され、複数のスロットを形成するティース部が形成された環状の固定子鉄心と、前記ティース部に樹脂製の絶縁材料からなるボビンを介して巻き付けられた複数の固定子コイルとを有し、
前記固定子コイルは、１層目を前記ティース部に前記固定子の外径側から内径側へ順次巻き付けられるとともに、層毎に巻き付け方向を反転させて巻き付けられ、最外層をｎ（但し、ｎは３以上の奇数）、各層の最終ターンをｍ（但し、ｍは２以上）とし、1層目の１ターン目を（１，１）、１層目の２ターン目を（１，２）、２層目の１ターン目を（２，１）、２層目の２ターン目を（２，２）・・・ｎ層目のｍターン目を（ｎ，ｍ）としたとき、ｎ層目のｍターン目（ｎ，ｍ）が前記固定子の外径側に巻き付けられ、内径側の前記固定子コイルが短辺側ティース部でレーンチェンジされるとともに、外径側の前記固定子コイルの一部を長辺側ティース部でレーンチェンジされていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子コイルにおける（ｎ−１）層目の最終ターン目（ｎ−１，ｍ）から最外層の１ターン目（ｎ，１）への巻き付けは、前記ティース部の一方の短辺側から長辺側に巻き付けられ、他方の短辺側から長辺側への巻き付けは、外径側に少なくとも前記固定子コイル２本分からなる隙間を開けて巻き付けられていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子コイルの最外層の２ターン目（ｎ，２）から最外層の最終ターン目（ｎ，ｍ）への巻き付けは、前記固定子の外径側から内径側へ順次巻き付けられ、最内径側からレーンチェンジをして前記隙間に前記固定子コイルを巻き付けられていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記隙間にて長辺側ティース部のレーンチェンジが行われていることを特徴とする請求項３記載の回転電機。
【請求項５】
前記固定子コイルの最外層のターンにおいて、同層内のターンで構成されたレーンチェンジに伴う交差部が一方の短辺側ティース部にのみ配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子コイルの開始ターン（１，１）における巻き始め端末線と、最終ターン（ｎ，ｍ）における巻き終り端末線とが、前記回転軸に沿った軸方向の前記短辺側ティース部の両端から引き出されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に用いられる回転電機に係るもので、特に回転電機の固定子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の固定子においては、巻線の容易性から長辺側でレーンチェンジを行ってコイルを構成することが多い。しかし、コイルが周方向に膨らむことによって、コイルの占積率が低くなるという問題がある。このため、近年、短辺側でレーンチェンジすることが行われており、コイルが周方向に膨らむことなく占積率の高い巻線ができるという利点がある。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３１５７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示された短辺側でレーンチェンジするような固定子においては、短辺側のコイル高さが大きくなるという問題を有している。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、コイルの占積率を高くするとともに短辺側のコイル高さを抑制することができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明による回転電機は、全体を収容するハウジングと、このハウジングに回転軸を介して回転可能に取り付けられた回転子と、回転子の外周に対向してハウジングに取り付けられた固定子とを備え、前記固定子は、前記ハウジングに固定され、複数のスロットを形成するティース部が形成された環状の固定子鉄心と、前記ティース部に樹脂製の絶縁材料からなるボビンを介して巻き付けられた複数の固定子コイルとを有し、
前記固定子コイルは、１層目を前記ティース部に前記固定子の外径側から内径側へ順次巻き付けられるとともに、層毎に巻き付け方向を反転させて巻き付けられ、最外層をｎ（但し、ｎは３以上の奇数）、各層の最終ターンをｍ（但し、ｍは２以上）とし、1層目の１ターン目を（１，１）、１層目の２ターン目を（１，２）、２層目の１ターン目を（２，１）、２層目の２ターン目を（２，２）・・・ｎ層目のｍターン目を（ｎ，ｍ）としたとき、ｎ層目のｍターン目（ｎ，ｍ）が前記固定子の外径側に巻き付けられ、内径側の前記固定子コイルが短辺側ティース部でレーンチェンジされるとともに、外径側の前記固定子コイルの一部を長辺側ティース部でレーンチェンジされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、最外層の最終ターンの固定子コイルを長辺側でレーンチェンジするとともに他のターンを短辺側でレーンチェンジすることにより、固定子コイルの占積率を高くするとともに短辺側の固定子コイル高さを抑制することが可能な回転電機の固定子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の全体構造を示す要部断面図である。
【図２】図１における固定子の要部構成を示す断面図である。
【図３Ａ】図２におけるＡ方向から見た固定子の断面図である。
【図３Ｂ】図２におけるＢ方向から見た固定子の断面図である。
【図４Ａ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの１層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ方向から見た概略断面図である。
【図４Ｂ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの１層目の巻線工程を説明するための図２におけるＢ方向から見た概略断面図である。
【図５Ａ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの２層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ方向から見た概略断面図である。
【図５Ｂ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの２層目の巻線工程を説明するための図２におけるＢ方向から見た概略断面図である。
【図６Ａ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの３層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ方向から見た概略断面図である。
【図６Ｂ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの３層目の巻線工程を説明するための図２におけるＢ方向から見た概略断面図である。
【図７Ａ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの３層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ方向から見た概略断面図である。
【図７Ｂ】この発明の実施の形態１における固定子コイルの３層目の巻線工程を説明するための図２におけるＢ方向から見た概略断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る回転電機の全体構造を示す要部断面図である。
【図９】図８における固定子の要部構成を示す断面図である。
【図１０Ａ】図９におけるＡ方向から見た固定子の断面図である。
【図１０Ｂ】図９におけるＢ方向から見た固定子の断面図である。
【図１１】固定子コイルの巻線工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、この発明を実施の形態１を示す図１〜図７に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の全体構造を示す要部断面図、図２は、図１における固定子の要部構成を示す断面図、図３Ａ、図３Ｂは、図２におけるＡ、Ｂ方向から見た固定子の断面図、図４Ａ、図４Ｂは、発明の実施の形態１に係る固定子コイルの１層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ、Ｂ方向から見た概略断面図、図５Ａ、図５Ｂは、発明の実施の形態１に係る固定子コイルの２層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ、Ｂ方向から見た概略断面図、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７ｂは、図２における固定子コイルの３層目の巻線工程を説明するための図２におけるＡ、Ｂ方向から見た概略断面図である。
【０００９】
図１において、回転電機は、低電圧、大電流の用途に用いられる車載用回転電機であって、全体を収容するハウジング１と、このハウジング１に回転軸２ａを介して回転可能に取り付けられた回転子２と、回転子２の外周に対向してハウジング１に取り付けられた固定子３とを備えている。また、固定子３は、ハウジング１に固定された環状の固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に樹脂製の絶縁材料からなるボビン５を介して設けられた複数の固定子コイル６とを有している。
ここで、固定子鉄心４は、薄い電磁鋼板を積層してかしめや溶接により一体に組み立てられ、円筒状に形成されるとともに、固定子コイル６は、大電流が流れるため、太い径の線材で構成されている。
【００１０】
また、固定子鉄心４は、図２に詳細を示すように、周方向に複数のスロットを形成するティース部４ａを有し、このティース部４ａの側面にボビン５が組み付けられ、さらに、このボビン５上に絶縁被膜で覆われた固定子コイル６が巻き回されている。この固定子コイル６における１層目の１ターン目  (１，１)は、ボビン５の最外周側に巻き付けられ、１層目の２ターン目  (１，２)は、１ターン目  (１，１)の内径側に巻き付けられ、２層目の１ターン目(２，１)、２層目の２ターン目(２，２)、・・・ｎ層目のｍターン目(ｎ，ｍ)が順次巻き付けられている。但し、ｎは、３以上の奇数、ｍは２以上とする。
【００１１】
なお、この実施の形態１では、１層目を全９ターン、２層目を全９ターン、最終の３層目を全３ターンとして形成されている。また、固定子コイル６の巻線開始ターンと巻線最終ターンからは、結線部材と接続するための端末線６ａ，６ｂが引き出されている。さらに、固定子鉄心４は、幅Ｙの大きさを有する長辺側ティース部４ａと、図３Ａ、図３Ｂに示すように、複数のスロットを形成するため、周方向の幅Ｘを幅Ｙより小さくした短辺側ティース部４ｂとによる長方形状とし、かつ、短辺側ティース部４ｂの内径側先端が外径側より小さな台形状となるように形成されている。
【００１２】
次に、このような固定子コイル６の巻線工程について詳細に説明する。
まず、図４Ａ、図４Ｂに示すように、巻き始めターンの端末線６ａを固定子鉄心４の最外径側からティース部４ｂへ導入し、１ターン目を固定子鉄心４の外径側(１，１)から内径側（１，９）へ順次巻き付ける。ここで、一方の短辺側ティース部４ｂにおいて巻線位置を内径側に移動させるレーンチェンジを行なっている。次に、図５Ａ、図５Ｂに示すように、２層目の巻線を固定子鉄心４の内径側（２，１）から外径側（２，９）へ順次巻き付け、この２層目においても短辺側の一方のティース部４ｂにおいて巻線位置を外径側に移動させるレーンチェンジを行なっている。
【００１３】
次に、２層目の最終ターン（２，９）から３層目の最初のターン（３，１）を巻き付ける長辺側ティース部４ａから短辺側ティース部４ｂに移行する際、図６Ａ、図６Ｂに示すように、一方の短辺側ティース部４ｂの最外径側にコイル１本分からなる隙間Ｚ１を開けて巻き付け、他方の短辺側ティース部４ｂから長辺側ティース部４ａに巻き付けるときに、最外径側にコイル２本分からなる隙間Ｚ２を開けて巻き付ける。
さらに、３層目の２ターン目（３，２）から３ターン目（３，３）へ巻き付けるとき、固定子鉄心４の最外径側から内径側へ順次巻き付け、一方の短辺側ティース部４ｂでレーンチェンジを行っている。その後、図７Ａ、図７Ｂに示すように、３層目の３ターン目（３，３）で最内径側からコイル２本分からなる隙間Ｚ２の外径側に、他方の短辺側ティース部４ｂでレーンチェンジを行って長辺側ティース部４ａへコイルを巻き付けている。
【００１４】
ところで、通常、太い線径の固定子コイルを最外径側に巻き付けた場合、固定子コイルの導入角度が大きくなり、固定子コイルと固定子鉄心４あるいはボビン５とが干渉するため巻き付けることが難しくなるが、コイル２本分からなる隙間Ｚ２の内径側にコイルを巻き付けた後、長辺側ティース部４ａで固定子鉄心４の内径側から外径側へレーンチェンジをすることによって、２層目の最終ターン(２，９)の固定子コイル上部を通過することなく最外径側に巻き付けることができ、３層目の３ターン目（３，３）から巻き終り端末線６ｂを引き出すことになる。また、３層目の１ターン目（３，１）から３層目の３ターン目（３，３）への巻き付けにおいては、同層内のターンで構成されたレーンチェンジに伴う交差部６ｃを端末線６ａ，６ｂを引出すティース部４ｂの反対の他方の短辺側ティース部４ｂにのみに形成しているため、図７Ａ、図７Ｂから明らかなように、端末線６ａ，６ｂ側の固定子コイル高さは、反対側の固定子コイル高さに比べて約コイル１本分低くなることになる。
【００１５】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態１によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）奇数層となる最外層に複数ターン巻き付ける際、図３Ａに示すように最外層の最終ターン（ｍ，ｎ）を外径側に配置することによって端末線６ａ、６ｂの引き出しを容易とすることができる。
（２）ティース部によって形成されるスロットは、台形形状であり、固定子鉄心４の内径側が狭く外径側が広くなるため、外径側にある隙間で長辺側ティース部４ａのレーンチェンジを行うことにより、内径側ティース部４ｂの隙間が小さい位置で長辺側のレーンチェンジを行うよりも太い線径のコイル線を用いることができ、占積率の向上が可能となる。
【００１６】
（３）太い線径の固定子コイル６を内径側から最外径側に巻き付ける場合、固定子コイル６の導入角度が大きくなり、固定子コイル６と固定子鉄心４あるいはボビン５が干渉することになるため、巻き付けることが難しくなるが、図１１に示すように長辺側ティース部４ａでレーンチェンジをすることによって巻き付けが可能となる。
（４）同層内のレーンチェンジに伴う交差部を一方の短辺側ティース部にのみとすることによって、回転軸２ａに沿った軸方向の両端に有する場合よりも固定子コイルの軸方向高さを小さくすることができる。
【００１７】
（５）長辺側ティース部４ａでレーンチェンジすることにより、図２、図３Ａに示すように、最外層の最終ターン（３，３）から巻き終わり端末線６ｂを引き出すときに、２層目の最終ターン（２，９）の固定子コイル上部を通過することなく最外径側から巻き終り端末線６ｂを引き出すことができるため、固定子コイルの高さが小さくなり、回転電機の回転軸に沿った方向のサイズを小さくすることができる。
【００１８】
（６）奇数層で最外層に複数ターン巻き付ける際、図６Ａ、図７Ａに示すように、外径側に隙間Ｚ２を設けることによって、最外層の最終ターン（ｍ，ｎ）を外径側の隙間に配置することが可能となり、巻き終り端末線６ｂの引き出しを容易とすることができる。
（７）奇数層で最外層に複数ターン巻き付け、最外層の最終ターン（ｍ，ｎ）を外径側に配置する際、最終ターン付近以外のレーンチェンジを固定子コイル１本分のレーンチェンジで巻き付けるため、巻き線を単純化することができる。
【００１９】
（８）スロットは台形形状であり、固定子鉄心４の内径側が狭く外径側が広いため、外径側にある隙間にて長辺側のレーンチェンジをすることにより、内径側の隙間が小さい位置で長辺側のレーンチェンジをするよりも大径の巻線を用いることができ、固定子コイルの占積率の向上が可能となる。
（９）最外層の３層目の最終３ターン（３，３）を長辺側ティース部４ａでレーンチェンジすることにより、最終３ターン（３，３）から巻き終り端末線６ｂを引き出す際、２層目の最終ターン(２，９)の固定子コイル上部を通過することなく最外径側から巻き終り端末線６ｂを引き出すことができるため、固定子コイル高さが小さくなり、回転電機の回転軸に沿った方向のサイズを小さくすることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の全体構造を示す要部断面図、図９は、図８における固定子の要部構成を示す断面図、図１０Ａは、図９におけるＡ方向から見た固定子の断面図、図１０Ｂは、図９におけるＢ方向から見た固定子の断面図である。
【００２１】
実施の形態１においては、巻線開始ターンの端末線６ａと最終ターンの端末線６ｂとをティース部４ｂの同じ方向から引き出すように構成したが、実施の形態２においては、図８に示すように、端末線６ａと端末線６ｂとを回転軸２ａに沿った軸方向両端のティース部４ｂ（図８における固定子鉄心４の上下方向）から引き出すように構成したものである。また、これに伴い、最外層の３層目の最終ターンを半周多く巻き付けるように構成している。その他の構成は、実施の形態１と同じである。
ここで、この実施の形態２においては、１層目を全９ターン、２層目を全９ターン、最終の３層目を全３．５ターンとするものが示されている。
【００２２】
次に、このような固定子コイル６の巻線工程について詳細に説明する。
まず、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、巻き始めターンの端末線６ａを固定子鉄心４の最外径側から一方の短辺側ティース部４ｂへ導入し、１層目の１ターンを固定子鉄心４の外径側(１，１)から内径側（１，９）へ順次巻き付ける。ここで、この一方の短辺側ティース部４ｂにおいて巻線位置を内径側に移動させるレーンチェンジを行なっている。
次に、２層目の巻線を固定子鉄心４の内径側（２，１）から外径側（２，９）へ順次巻き付け、この２層目においても一方の短辺側ティース部４ｂにおいて巻線位置を外径側に移動させるレーンチェンジを行なっている。
【００２３】
次に、２層目の最終ターン（２，９）から３層目の最初のターン（３，１）を巻き付ける長辺側ティース部４ａから短辺側ティース部４ｂに移行する際、一方の短辺側ティース部４ｂの最外径側に固定子コイル１本分からなる隙間を開けて巻き付け、他方の短辺側ティース部４ｂから長辺側ティース部４ａに巻き付けるときに、最外径側に固定子コイル２本分からなる隙間を開けて巻き付ける。
さらに、３層目の２ターン目（３，２）から３ターン目（３，３）へ巻き付けるとき、固定子鉄心４の最外径側から内径側へ順次巻き付け、一方の短辺側ティース部４ｂでレーンチェンジを行っている。その後、３層目の３ターン目（３，３）で最内径側から固定子コイル２本分からなる隙間の外径側に、他方の短辺側ティース部４ｂでレーンチェンジを行って長辺側ティース部４ａへ固定子コイルを巻き付けている。
【００２４】
ところで、通常、太い線径の固定子コイルを最外径側に巻き付けた場合、固定子コイルの導入角度が大きくなり、固定子コイルと固定子鉄心４あるいはボビン５とが干渉するため巻き付けることが難しくなるが、コイル２本分からなる隙間Ｚ２の内径側にコイルを巻き付けた後、長辺側ティース部４ａで固定子鉄心４の内径側から外径側へレーンチェンジをすることによって、２層目の最終ターン(２，９)のコイル上部を通過することなく最外径側に巻き付けることができる。
【００２５】
その後、３層目の３ターン目（３，３）から３．５ターン目（３，３．５）についても２層目の最終ターン(２，９)から３層目の１ターン目（３，１）へ向かうレーンチェンジ部の上部を通過することなく巻き付け、３．５ターン目（３，３．５）から巻き終り端末線６ｂを一方の短辺側ティース部４ｂから引き出すことになる。
また、３層目の１ターン目（３，１）から３層目の３ターン目（３，３）への巻き付けにおいては、同層内のターンで構成されたレーンチェンジに伴う交差部６ｃを端末線６ａ，６ｂを引出すティース部４ｂの反対の他方の短辺側ティース部４ｂにのみに形成しているため、端末線６ａ，６ｂ側の固定子コイル高さは、反対側の固定子コイル高さに比べて約コイル１本分低くなることになる。
【００２６】
以上のように構成されたこの発明の実施の形態２によれば、上述の実施の形態１の効果に加えて次のような効果を奏することができる。
（１０）最外層の３ターン（３，３）から３．５ターン（３,３．５）への巻き付けを長辺側ティース部４ａでレーンチェンジすることにより、２層目の最終ターン（２，９）から最外層の１ターン（３，１）へ向かうレーンチェンジ部の上部を通過することなく、巻き付けることができ、固定子コイル高さを小さくし、回転電機の軸方向サイズを小さくすることができる。
（１１）巻き始め、巻き終り端末線６ａ，６ｂを互いに反対の短辺側ティース部４ｂから引き出すことによって、端末線６ａ，６ｂを一方向から引き出す場合よりも固定子３の外径サイズを小さくすることができる。
（１２）端末線６ａ，６ｂを互いに反対の短辺側ティース部４ｂから引き出すことによって、スロットが多く端末線の間隔が狭くなる場合であっても、十分に間隔を確保することができ、端末線６ａ，６ｂ間の絶縁性を向上させることができる。
（１３）さらに、十分に間隔を確保することができる結果、端末線６ａ，６ｂの引き出しを容易にすることができる。
【００２７】
なお、この発明の回転電機の固定子においては、固定子コイルの巻線として太い線径のものを用いることができ、低電圧、大電流の車載用回転電機の固定子として好適である。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2017072912.tif 000021
2017072912.tif 000022
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