JPH11194009A - 回転角度検出装置付転がり軸受 - Google Patents

回転角度検出装置付転がり軸受

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JPH11194009A
JPH11194009A JP10289275A JP28927598A JPH11194009A JP H11194009 A JPH11194009 A JP H11194009A JP 10289275 A JP10289275 A JP 10289275A JP 28927598 A JP28927598 A JP 28927598A JP H11194009 A JPH11194009 A JP H11194009A
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JP
Japan
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sensor
sensors
raceway
steering shaft
rotation angle
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Application number
JP10289275A
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English (en)
Inventor
Koichi Morita
耕一 森田
Mitsuyoshi Sakamoto
潤是 坂本
Koichi Sakai
幸一 坂井
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/007Encoders, e.g. parts with a plurality of alternating magnetic poles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00Articles relating to transporting
    • F16C2326/20Land vehicles
    • F16C2326/24Steering systems, e.g. steering rods or columns

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Steering Controls (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステアリングシャフト1の回転角度及び回転
方向を検出する為の機構を組み込む作業を簡略化し、回
転角度検出機能付ステアリング装置の低廉化を図る。 【解決手段】 内輪6の外周面にトーンホイール13
を、外輪8にセンサ組立18を、それぞれ支持する。ト
ーンホイール13は、円周方向に亙る磁気特性を、交互
に且つ等間隔に変化させる第一検出部と、円周方向1個
所の磁気特性を残り部分の磁気特性と異ならせた第二検
出部とを有する。センサ組立18は、それぞれが上記第
一検出部に対向した第一、第二センサ21、22と、上
記第二検出部に対向した第三センサとを有する。第一セ
ンサ21と第二センサ22とは、円周方向に亙り互いに
ずれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明に係る回転角度検出装置
付転がり軸受は、例えば自動車のステアリング装置に組
み込んで、ステアリングシャフトの回転角度等を検出す
る為に利用する。
【0002】
【従来の技術】自動車のステアリング装置は、ダッシュ
ボードの下側に支持された円管状のステアリングコラム
の内側にステアリングシャフトを、例えば深溝型玉軸受
等の転がり軸受で支持する事により、構成されている。
前輪への舵角付与の際には、ステアリングホイールの操
作に基づき、上記ステアリングシャフトを回転させる。
【0003】ところで、パワーステアリング装置、或は
四輪操舵装置には、上記ステアリングシャフトの回転角
度、更には回転角速度を検出し、この検出信号に基づい
て、油圧シリンダに送り込む油圧を調整したり(パワー
ステアリング装置の場合)、或は後輪に付与する舵角を
調整したり(四輪操舵装置の場合)するものがある。こ
の為に従来から、図13に示す様な回転角度検出装置に
より、上記ステアリングシャフトの回転角度(更に必要
に応じて回転角速度)を検出している。
【0004】この回転角度検出装置は、ステアリングシ
ャフト1の中間部に外嵌固定した、1対のトーンホイー
ル2、3と、図示しないステアリングコラムに支持され
て、上記トーンホイール2の外周面に対向するセンサ組
立4と、同じくステアリングコラムに支持されて、上記
トーンホイール3の外周面と対向するセンサ5とから構
成されている。上記各トーンホイール2、3は、それぞ
れ永久磁石により構成されている。そして、一方のトー
ンホイール2はその外周面に、S極とN極とを円周方向
に亙って交互に、且つ等間隔で配置している。又、他方
のトーンホイール3は、円周方向1個所のみを、残りの
部分と異なる極(図示の例では1個所のみをS極)とし
ている。
【0005】上記センサ組立4は、1対のセンサを組み
合わせて成る。この1対のセンサは、円周方向に亙っ
て、上記トーンホイール2を構成する隣り合うS極同士
(或はN極同士)のピッチP2 の1/4(P2 /4)だ
けずらせて配置している。上記1対のセンサとしては、
特性が同じものを使用する。従って、上記ステアリング
シャフト1が一方向に回転した場合には、図14に実線
a、bで示した様に、一方のセンサの出力が立ち上がっ
た後、1/4周期だけ遅れて、他方のセンサの出力が立
ち上がる。又、上記ステアリングシャフト1が他方向に
回転した場合には、一方のセンサの出力が立ち上がった
後、3/4周期遅れて、他方のセンサの出力が立ち上が
る。
【0006】従って、センサ組立4を構成する1対のセ
ンサの内の何れか一方、又は双方のセンサの出力が立ち
上がる回数をカウントすれば、上記ステアリングシャフ
ト1の回転角度を知る事が出来る。又、単位時間当たり
の立ち上がり回数をカウントするか、立ち上がり継続時
間tを測定すれば、回転角速度を知る事が出来る。更
に、両センサの出力が立ち上がるタイミングを観察すれ
ば、回転方向を知る事が出来る。
【0007】更に、上記センサ5の出力は、図14に実
線cで示す様に、ステアリングシャフト1が1回転する
度に1回だけ立ち上がる。このセンサ5の出力は、ステ
アリングシャフト1が中立位置(前輪への舵角付与を行
なわない位置)にあるか否かを検知する為に利用する。
従って、上記ステアリングシャフト1が中立位置に存在
する場合に、上記センサ5とトーンホイール3のS極と
が対向する様に、両部材5、3を、ステアリングコラム
及びステアリングシャフト1に組み付ける。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の回転角度検出
装置付転がり軸受は、ステアリング装置にステアリング
シャフトの回転角度を検出する為の機構を組み込む作業
の簡略化を図る事で、回転角度検出機能付ステアリング
装置の低廉化を図るものである。
【0009】図13に示した従来構造の場合、トーンホ
イール2、3、センサ組立4、センサ5、更にはステア
リングコラムの内側にステアリングシャフト1を支持す
る為の転がり軸受が、別個の部品として用意されてい
る。そして、回転角度検出装置を構成する場合には、各
部品2〜5を独立に、ステアリングシャフト1及びステ
アリングコラムに組み付ける。従って、部品管理及び組
み付け作業が面倒になり、回転角度検出装置の製作費が
嵩む原因となっている。
【0010】本発明の回転角度検出装置付転がり軸受
は、上述の様な事情に鑑みて発明されたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の回転角度検出装
置付転がり軸受は、第一軌道面を有し、使用時に回転す
る第一軌道輪と、第一軌道面に対向する第二軌道面を有
し、使用時に回転しない第二軌道輪と、上記第一軌道面
と第二軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動
体と、上記第一軌道輪に支持された、円環状のトーンホ
イールと、上記第二軌道輪に支持されたセンサ組立とを
備えている。
【0012】上記トーンホイールは、円周方向に亙る磁
気特性を、交互に且つ等間隔に変化させる第一検出部、
及び円周方向1個所の磁気特性を残り部分の磁気特性と
異ならせた第二検出部を有する。又、上記センサ組立
は、それぞれが上記第一検出部に対向した第一、第二セ
ンサ、及び上記第二検出部に対向した第三センサを有す
る。
【0013】更に、第一センサと第二センサとは、円周
方向に亙りずらせて配置されている。そして、この第
一、第二センサのずれの大きさをLとし、上記第一検出
部の磁気特性が変化する周期をPとし、kを整数とした
場合に、L≠k・P/2の関係が成り立つ。
【0014】
【作用】上述の様に構成される本発明の回転角度検出装
置付転がり軸受により、例えばステアリングコラムの内
側に支持されたステアリングシャフトの回転角度、回転
角速度、回転方向を求める際の作用は、前述した従来の
回転角度検出装置とほぼ同様である。
【0015】特に、本発明の回転角度検出装置付転がり
軸受の場合、転がり軸受とトーンホイールと第一、第
二、第三センサとを、不離に組み合わされた、単一の部
品として取り扱える。従って、ステアリングコラムの内
側にステアリングシャフトを支持する作業と同時に、ト
ーンホイールと第一、第二、第三センサとの組み付け作
業を行なえる。この結果、部品管理及び組み付け作業が
簡略化され、回転角度検出装置の製作費低廉化を図れ
る。
【0016】
【実施例】図1〜3は本発明の第一実施例を示してい
る。第一軌道輪である内輪6は、その外周面に、第一軌
道面である内輪軌道7を有する。第二軌道輪である外輪
8は、その内周面に、第二軌道面である外輪軌道9を有
する。互いに対向する、上記内輪軌道7と外輪軌道9と
の間には、複数の転動体(玉)10を設けて、上記内輪
6と外輪8との相対的回転を自在としている。使用時に
上記内輪6は、ステアリングシャフト1の外周面中間部
に固定されて、このステアリングシャフト1と共に回転
する。又、使用時に上記外輪8は、ステアリングコラム
11の内周面中間部に内嵌固定されて、回転しない。
【0017】上記内輪6の軸方向(図1〜2の左右方
向)に亙る幅寸法Wは、外輪8の軸方向に亙る幅寸法w
よりも大きく(W>w)している。そして、これら内輪
6及び外輪8の一端面(図1、2の左端面)を一致させ
ている。従って、上記内輪6の他端部(図1、2の右端
部)、上記外輪8の他端面よりも軸方向他方(図1、2
で右方向)に向け突出して、突出部12となっている。
そして、この突出部12にトーンホイール13を外嵌固
定している。
【0018】このトーンホイール13は、鋼板等の磁性
金属板を断面L字形に折り曲げて、円筒状の嵌合部14
と外向フランジ状の立ち上がり部15とを設けると共
に、全体を円環状に形成している。そして、上記嵌合部
14を上記突出部12に外嵌している。上記立ち上がり
部15の外周縁には、図3に示す様に、多数の切り欠き
16、16を等間隔で形成し、この立ち上がり部15の
円周方向に亙る磁気特性を、交互に且つ等間隔に変化さ
せている。即ち、この立ち上がり部15を、第一検出部
として機能させている。一方、上記嵌合部14には、円
周方向1個所にのみ、切り欠き17を形成して、この切
り欠き17部分の磁気特性を残り部分の磁気特性と異な
らせている。即ち、この嵌合部14を、第二検出部とし
て機能させている。
【0019】一方、前記外輪8の他端部(図1、2の右
端部)には、センサ組立18を支持している。このセン
サ組立18は、金属板をL字形に折り曲げて成るカバー
19と、このカバー19の内側に支持された合成樹脂2
0と、この合成樹脂20中に埋設された第一〜第三セン
サ21〜23とから成る。
【0020】上記カバー19の一端部(図1、2の左端
部)は、上記外輪8の他端部外周面に形成した段部24
に外嵌する事で、この外輪8の他端部に支持し、上記内
輪6の突出部12の周囲を覆っている。この様なカバー
19の内側に、合成樹脂20を介して保持された、第一
〜第三センサ21〜23の内、第一、第二センサ21、
22はそれぞれ、図1に示す様に、軸方向に亙って着磁
された永久磁石25と磁気センサ26とを備えている。
そして、各センサ21、22を構成する磁気センサ26
を、前記立ち上がり部15に対向させている。従って、
第一、第二センサ21、22を構成する磁気センサ26
の出力は、上記立ち上がり部15の回転に伴なって、図
4、5の実線α、βに示す様に変化する。
【0021】又、第三センサ23は、図2に示す様に、
直径方向(図2の上下方向)に亙って着磁された永久磁
石27と磁気センサ28とを備えている。そして、この
磁気センサ28を、前記嵌合部14の外周面に対向させ
ている。従って、この第三センサ23を構成する磁気セ
ンサ28の出力は、上記嵌合部14の回転に伴なって、
図4、5の実線γで示す様に変化する。尚、各センサ2
1、22、23の出力信号は、コンパレータにより適宜
基準電圧と比較して、前記図14に示す様な矩形波を得
る。
【0022】更に、第一センサ21と第二センサ22と
は、図3に示す様に、円周方向に亙りずらせて配置して
いる。この第一、第二センサ21、22のずれの大きさ
(円周方向長さ)Lは、前記立ち上がり部15に等間隔
に形成した多数の切り欠き16、16のピッチPの半分
(P/2)の非整数倍としている。即ち、kを整数とし
た場合に、第一検出部である上記立ち上がり部15の磁
気特性が変化する周期である切り欠き16、16のピッ
チPと、上記ずれの大きさLとの間に、L≠k・P/2
の関係が成り立つ様に、上記L及びPを定めている。
【0023】上記第一〜第三センサ21〜23が検出し
た信号は、前記カバー19の側面から導出したコード2
9を通じて、パワーステアリング装置や四輪操舵装置の
制御器(図示せず)に送り込む。又、図示の実施例で
は、前記外輪8の内周面一端寄り部分に、円輪状に形成
されたシール板30の外周縁を係止している。そして、
このシール板30の内周縁を、前記内輪6の外周面一端
寄り部分に近接させている。
【0024】上述の様に構成される本発明の回転角度検
出装置付転がり軸受により、ステアリングコラム11の
内側に支持されたステアリングシャフト1の回転角度、
回転角速度、回転方向を求める際の作用は、前述した従
来の回転角度検出装置とほぼ同様である。
【0025】即ち、上記ステアリングシャフト1が一方
向に回転した場合には、図4に実線α、βで示した様
に、第一センサ21の出力が立ち上がった後、例えば1
/4周期だけ遅れて、第二センサ22の出力が立ち上が
る。又、上記ステアリングシャフト1が他方向に回転し
た場合には、図5に実線α、βで示した様に、第一セン
サ21の出力が立ち上がった後、例えば3/4周期遅れ
て、第二センサ22の出力が立ち上がる。
【0026】従って、第一、第二センサ21、22の内
の何れか一方、又は双方のセンサ21、22の出力が立
ち上がる回数をカウントすれば、上記ステアリングシャ
フト1の回転角度を知る事が出来る。又、単位時間当た
りの立ち上がり回数をカウントするか、立ち上がり継続
時間を測定すれば、回転角速度を知る事が出来る。更
に、両センサ21、22の出力が立ち上がるタイミン
グ、即ち、第一センサ21の出力が立ち上がってから第
二センサ22の出力が立ち上がる迄の周期を観察すれ
ば、回転方向を知る事が出来る。
【0027】更に、第三センサ23の出力は、図4、5
に実線γで示す様に、ステアリングシャフト1が1回転
する度に1回だけ立ち上がる。この第三センサ23の出
力は、ステアリングシャフト1が中立位置にあるか否か
を検知して、このステアリングシャフト1の回転数測定
に利用される他、この第三センサ23の出力が立ち上が
ってからの第一、第二センサ21、22の出力の立ち上
がり回数をカウントする事で、上記ステアリングシャフ
ト1の中立位置からの回転角度を知る為に利用される。
【0028】特に、本発明の回転角度検出装置付転がり
軸受の場合、内輪6と外輪8と転動体10とから成る転
がり軸受に対して、トーンホイール13と第一、第二、
第三センサ21、22、23とを、不離に組み合わせて
いる為、これら各部品6、8、10、21、22、23
を、単一の部品として取り扱える。従って、ステアリン
グコラム11の内側にステアリングシャフト1を回転自
在に支持する作業と同時に、トーンホイール13と第
一、第二、第三センサ21、22、23との組み付け作
業を行なえる。この結果、部品管理及び組み付け作業が
簡略化され、回転角度検出機能付ステアリング装置の製
作費の低廉化を図れる。
【0029】次に、図6〜8は本発明の第二実施例を示
している。本実施例の場合、トーンホイール13aとし
て、断面L字形の芯金の外周面及び片面に、断面L字形
の合成樹脂製磁石32を添着したものを使用している。
この合成樹脂製磁石32の一部で、外向フランジ状の立
ち上がり部33の側面部分には、S極とN極とを交互
に、且つ、等間隔で繰り返し配置して、この立ち上がり
部分が第一検出部として機能する様にしている。又、円
筒部34の外周面部分には、円周方向1個所にのみ、他
の部分とは異なる極(図示の例ではN極)を配置して、
この円筒部34が第二検出部として機能する様にしてい
る。
【0030】本実施例の場合、第一、第二、第三センサ
21、22、23自体は永久磁石を持たず、磁気センサ
26、28のみで構成されている。その他の構成及び作
用は、前述の第一実施例と同様である。
【0031】次に、図9〜11は本発明の第三実施例を
示している。本実施例の場合、トーンホイール13bと
して、断面L字形の芯金の片面に、円輪状の合成樹脂製
磁石32aを添着したものを使用している。この合成樹
脂製磁石32aの外周寄り部分には、S極とN極とを交
互に、且つ、等間隔で繰り返し配置して、この外周寄り
部分が第一検出部として機能する様にしている。又、内
周寄り部分には、円周方向1個所にのみ、他の部分とは
異なる極(図示の例ではN極)を配置して、この内周寄
り部分が第二検出部として機能する様にしている。
【0032】又、内輪6aの軸方向(図9、10の左右
方向)に亙る幅寸法は、外輪8の軸方向に亙る幅寸法と
同じか、やや短くしている。そして、カバー19と合成
樹脂20とを介して外輪8に支持された第一、第二セン
サ21、22を上記合成樹脂製磁石32aの側面外周寄
り部分に、同じく第三センサ23を内周寄り部分に、そ
れぞれ対向させている。その他の構成及び作用は、上述
の第二実施例と同様である。
【0033】更に、図12は本発明の第四実施例を示し
ている。本実施例の場合、トーンホイール13cの外周
縁にゴム等のシール片35を、全周に亙って添着し、こ
のシール片35の外周縁を、外輪8の内周面に摺接させ
ている。シール片35を構成するゴム等が、切り欠き1
6内に入り込む事は差し支えない。本実施例の場合、転
動体10設置部分に存在するグリースの漏洩防止、転動
体10設置部分への異物進入防止を有効に図れる。その
他の構成及び作用は、前述の第一実施例の場合と同様で
ある。
【0034】
【発明の効果】本発明の回転角度検出装置付転がり軸受
は、以上に述べた通り構成され作用する為、ステアリン
グ装置にステアリングシャフトの回転角度を検出する為
の機構を組み込む作業の簡略化を図る事で、回転角度検
出機能付ステアリング装置の低廉化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例を示す、図3のA−A断面
及びB−B断面に相当する半部断面図。
【図2】同じく図3のC−C断面に相当する半部断面
図。
【図3】第一、第二、第三センサとトーンホイールのみ
を取り出して、図1、2の右方から見た図。
【図4】ステアリングシャフトが一方向に回転する際に
於ける、第一、第二、第三センサの出力変化を示す線
図。
【図5】ステアリングシャフトが他方向に回転する際に
於ける、第一、第二、第三センサの出力変化を示す線
図。
【図6】本発明の第二実施例を示す、図8のD−D断面
及びE−E断面に相当する半部断面図。
【図7】同じく図8のF−F断面に相当する半部断面
図。
【図8】第一、第二、第三センサとトーンホイールのみ
を取り出して、図6、7の右方から見た図。
【図9】本発明の第三実施例を示す、図11のG−G断
面及びH−H断面に相当する半部断面図。
【図10】同じく図11のI−I断面に相当する半部断
面図。
【図11】第一、第二、第三センサとトーンホイールの
みを取り出して、図9、10の右方から見た図。
【図12】本発明の第四実施例を示す半部断面図。
【図13】従来の回転角度検出装置を示す斜視図。
【図14】各センサの出力信号を示す線図。
【符号の説明】
1 ステアリングシャフト 2、3 トーンホイール 4 センサ組立 5 センサ 6、6a 内輪 7 内輪軌道 8 外輪 9 外輪軌道 10 転動体 11 ステアリングコラム 12 突出部 13、13a、13b、13c トーンホイール 14 嵌合部 15 立ち上がり部 16、17 切り欠き 18 センサ組立 19 カバー 20 合成樹脂 21 第一センサ 22 第二センサ 23 第三センサ 24 段部 25 永久磁石 26 磁気センサ 27 永久磁石 28 磁気センサ 29 コード 30 シール板 31 芯金 32、32a 合成樹脂製磁石 33 立ち上がり部 34 円筒部 35 シール片
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G01D 5/245 G01D 5/245 B // B62D 1/16 B62D 1/16

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一軌道面を有し、使用時に回転する第
    一軌道輪と、第一軌道面に対向する第二軌道面を有し、
    使用時に回転しない第二軌道輪と、上記第一軌道面と第
    二軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体
    と、上記第一軌道輪に支持された、円環状のトーンホイ
    ールと、上記第二軌道輪に支持されたセンサ組立とを備
    え、上記トーンホイールは、円周方向に亙る磁気特性
    を、交互に且つ等間隔に変化させた第一検出部、及び円
    周方向1個所の磁気特性を残り部分の磁気特性と異なら
    せた第二検出部を有し、上記センサ組立は、それぞれが
    上記第一検出部に対向した第一、第二センサ、及び上記
    第二検出部に対向した第三センサを有し、第一センサと
    第二センサとは、円周方向に亙りずらせて配置されてお
    り、この第一、第二センサのずれの大きさをLとし、上
    記第一検出部の磁気特性が変化する周期をPとし、kを
    整数とした場合に、L≠k・P/2の関係が成り立つ回
    転角度検出装置付転がり軸受。
JP10289275A 1993-01-29 1998-10-12 回転角度検出装置付転がり軸受 Pending JPH11194009A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10289275A JPH11194009A (ja) 1993-01-29 1998-10-12 回転角度検出装置付転がり軸受

Applications Claiming Priority (2)

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