KR20230008735A - 차륜 시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 궤조륜을 회전 가능하게 지지하는 궤조륜 지지부와, 시험륜을 궤조륜에 접촉한 상태에서 회전 가능하게 지지하는 차륜 지지부와, 궤조륜 및 시험륜을 회전시키는 제1 전동기와, 시험륜에 부여하는 토크를 발생하는 토크 발생 장치를 갖추고, 토크 발생 장치가 회전 구동 장치에 의해 회전 구동되는 회전 프레임과, 회전 프레임에 부착된 제2 전동기를 갖추고, 궤조륜 및 시험륜의 적어도 일방이 토크 발생 장치를 통하여 제1 전동기에 접속된, 차륜 시험 장치가 제공된다.

Description

차륜 시험 장치

본 발명은 차륜 시험 장치에 관한 것이다.

철도차량의 주행 시의 레일과 차륜의 상호작용을 모의적으로 조사하기 위한 시험 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개 2007-271447호 공보(특허문헌 1)에는, 외주부가 레일을 모의한 단면 형상을 가지는 원반 형상 부재인 궤조륜(軌條輪)에 차륜을 밀어붙인 상태에서 양자를 회전시킴으로써 철도차량의 주행 상태를 모의한 시험을 행하는 것이 가능한 시험 장치가 기재되어 있다.

일본 특개 2007-271447호 공보

특허문헌 1에 기재된 시험 장치는 단일의 전동기에 의해 구동되기 때문에, 차륜을 고속으로 회전시키면서 큰 토크를 부여하는 시험을 행하는 경우는, 대용량의 전동기를 사용하는 것이 필요하게 되어, 시험 시의 전력 소비량이 방대해진다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 차륜 시험 장치의 전력소비량을 저감하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 궤조륜을 회전 가능하게 지지하는 궤조륜 지지부와, 시험륜을 궤조륜에 접촉한 상태에서 회전 가능하게 지지하는 차륜 지지부와, 궤조륜 및 시험륜을 회전시키는 제1 전동기와, 시험륜에 부여하는 토크를 발생하는 토크 발생 장치를 갖추고, 토크 발생 장치가 회전 구동 장치에 의해 회전 구동되는 회전 프레임과, 회전 프레임에 부착된 제2 전동기를 갖추고, 궤조륜 및 시험륜의 적어도 일방이 토크 발생 장치를 통하여 제1 전동기에 접속된, 차륜 시험 장치가 제공된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 제1 전동기가 발생한 동력을 궤조륜과 시험륜에 분배하는 동력 분배 수단을 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 제2 전동기의 작동이 정지해 있을 때, 궤조륜 및 시험륜이 반대 회전으로 거의 동일한 원주속도로 회전하는 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 토크 발생 장치가 회전 프레임과 동축으로 배치된 출력축을 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 토크 발생 장치가 회전 프레임을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유닛을 갖추고, 회전 프레임이 베어링 유닛에 지지되는 통 형상의 축부를 가지고, 축부의 내주에 베어링이 설치되고, 출력축이 축부의 중공부에 통과시켜키고, 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 제1 전동기가 회전 프레임과 동축으로 배치된 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 제2 전동기가 회전 프레임의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치된 복수의 봉 형상의 연결 부재를 통하여 회전 프레임에 고정된 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 회전 프레임이 제2 전동기를 수용하는 통 형상의 모터 수용부를 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 제1 전동기 및 제2 전동기를 제어하는 제어부와, 궤조륜의 회전수를 계측하는 회전수 계측 수단과, 시험륜의 토크를 계측하는 토크 계측 수단을 갖추고, 제어부가 회전수 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 제1 전동기의 구동을 제어하고, 토크 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 제2 전동기의 구동을 제어하는 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 시험륜 및 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 진퇴시킴으로써 시험륜에 윤중(輪重)을 부여하는 윤중 부여부를 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 시험륜 및 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 시험륜의 답면(踏面)에 수직한 직선의 주위로 회전 이동시킴으로써 어택각을 부여하는 어택각 부여부를 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 시험륜 및 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 접선의 주위로 회전 이동시킴으로써 캔트각을 부여하는 캔트각 부여부를 갖춘 구성으로 해도 된다.

상기의 차륜 시험 장치에 있어서, 시험륜 및 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 축 방향으로 이동시킴으로써 시험륜에 횡압을 부여하는 횡압 부여부를 갖춘 구성으로 해도 된다.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 차륜 시험 장치의 전력 소비량의 저감이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 차륜 시험 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 차륜 시험 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 차륜 시험 장치의 평면도이다.
도 4는 구동 시스템의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 기어박스의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 토크 발생 장치 및 그 주변의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 제2 전동기의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 제어 시스템의 개략 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 차륜 시험 장치의 개략 구성을 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 차륜 시험 장치의 개략 구성을 도시하는 정면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서, 동일의 또는 대응하는 사항에 대해서는, 동일한 또는 대응하는 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 또, 각 도면에 있어서, 부호가 공통되는 사항이 복수 표시되는 경우는, 반드시 그들 복수 표시 모두에 부호를 붙이지 않고, 그들 복수 표시의 일부에 대해 부호의 부여를 적당하게 생략한다.

(제1 실시형태)

도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1 실시형태에 따른 차륜 시험 장치(1)의 사시도이다. 도 1은 정면측에서 본 도면이며, 도 2는 배면측에서 본 도면이다. 도 3은 차륜 시험 장치(1)의 평면도이다.

도 1에 있어서, 좌표축으로 표시되는 바와 같이, 우측 아래에서 좌측 위를 향하는 방향을 X축 방향, 우측 위에서 좌측 아래를 향하는 방향을 Y축 방향, 아래에서 위를 향하는 방향을 Z축 방향으로 정의한다. X축 방향 및 Y축 방향은 서로 직교하는 수평 방향이며, Z축 방향은 연직 방향이다. X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향의 각 방향으로 뻗는 임의의 직선을 각각 X축, Y축 및 Z축이라 부른다. 또, X축 정방향을 좌방, X축 부방향을 우방, Y축 정방향을 전방, Y축 부방향을 후방, Z축 정방향을 상방, Z축 부방향을 하방이라 부른다.

차륜 시험 장치(1)는 철도차량의 주행 시에 생기는 레일과 차륜의 상호작용을 모의적으로 재현하여, 예를 들면, 레일-차륜 간의 점착력 특성 등의 평가를 행하는 것이 가능한 장치이다. 본 실시형태에서는, 외주부가 레일 머리부를 모방한 단면 형상을 가지는 궤조륜(R)이 사용되고, 시험용의 차륜(이하 「시험륜(W)」라고 한다.)을 궤조륜(R)에 밀어붙인 상태에서 양자를 회전시킴으로써 철도차량의 주행 시의 레일과 차륜의 상호작용이 모의적으로 재현된다.

차륜 시험 장치(1)는 궤조륜(R) 및 시험륜(W)을 구동하는 구동 시스템(DS)을 갖추고 있다. 도 4는 구동 시스템(DS)의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 구동 시스템(DS)은 기계적 동력(이하, 단지 「동력」이라고 한다.)을 발생하는 발동부(AS)와, 발동부(AS)가 발생한 동력을 구동 대상인 궤조륜(R) 및 시험륜(W)에 전달하는 전동부(TS)를 포함하고, 후술하는 바와 같이, 궤조륜(R) 및 시험륜(W)과 함께 동력순환계를 구성한다.

발동부(AS)는 구동 대상의 회전 속도를 제어 가능한 회전 구동 장치(10)(속도 제어용 구동 장치)와, 구동 대상에 부여하는 토크를 제어 가능한 토크 발생 장치(20)(토크 제어용 구동 장치)를 포함한다. 본 실시형태의 구동 시스템(DS)은 구동 제어를 속도 제어와 토크 제어로 나누고, 속도 제어와 토크 제어를 각각 전용의 구동 장치가 분담하는 구성을 채용함으로써, 비교적 용량이 작은 원동기를 사용하면서도 고속(또는 큰 가속도) 또한 큰 토크의 구동이 가능하게 되어 있다. 또, 구동 시스템(DS)은 동력순환계를 채용함으로써, 종래의 장치보다 높은 에너지 이용 효율을 실현한다.

전동부(TS)에는 제1 전동부(30) 및 제2 전동부(40)가 포함된다. 또, 토크 발생 장치(20)도 전동부(TS)의 일부를 구성한다. 제1 전동부(30)는 회전 구동 장치(10)로부터 출력되는 회전을 궤조륜(R) 및 토크 발생 장치(20)에 전달한다. 토크 발생 장치(20)는 회전 구동 장치(10)로부터 전달된 동력에 토크 발생 장치(20) 자체가 발생하는 동력을 더하여 출력한다. 제2 전동부(40)는 토크 발생 장치(20)의 출력을 시험륜(W)에 전달한다.

궤조륜(R)과 시험륜(W)은, 회전축을 서로 평행하게 향하게 하여, 직경 방향으로 나란하도록, 차륜 시험 장치(1)에 부착된다. 시험을 행할 때는, 시험륜(W)이 궤조륜(R)에 밀어 붙여지고, 시험륜(W)의 외주면(답면)이 궤조륜(R)의 외주면(최상면)에 접촉한 상태에서, 시험륜(W)과 궤조륜(R)이 서로 반대 회전으로 대략 동일한 원주속도(즉, 외주면의 선속도)로 회전 구동된다. 이때, 전동부(TS)는 시험륜(W) 및 궤조륜(R)과 함께, 동력순환계(즉 동력전달축의 루프)를 구성한다. 토크 발생 장치(20)는 입력축(제1 전동부(30))과 출력축(제2 전동부(40)) 사이에 위상차를 줌으로써, 동력순환계에 토크를 부여한다. 차륜 시험 장치(1)는, 동력순환 방식을 채용함으로써, 발생한 동력을 거의 흡수하지 않고 시험륜(W)에 토크(또는 접선력)를 부여하는 것이 가능하게 되기 때문에, 비교적 적은 소비 에너지로 동작할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 제1 전동부(30)는 토크 발생 장치(20)(구체적으로는, 후술하는 제2 전동기(22))의 작동이 정지한 상태에서, 궤조륜(R)과 시험륜(W)이 서로 반대 회전으로 같은 원주속도로 회전 구동되도록 구성되어 있다. 또한, 토크 발생 장치(20)의 작동이 정지한 상태에서 궤조륜(R)과 시험륜(W)에 원주속도차가 생기는 구성으로 해도 된다. 그러나, 이 경우에는, 원주속도차를 보상하기 위해 토크 발생 장치(20)의 작동량이 증가하기 때문에, 에너지 소비량이 증가한다. 또, 본 실시형태의 제1 전동부(30)는 궤조륜(R)과 토크 발생 장치(20)가 같은 회전수로 회전 구동되도록 구성되어 있지만, 궤조륜(R)과 시험륜(W)을 거의 같은 원주속도로 회전 구동시키는 구성이면, 궤조륜(R)과 토크 발생 장치(20)를 다른 회전수로 회전시키는 구성으로 해도 된다.

도 1-3에 도시되는 바와 같이, 회전 구동 장치(10)는 장력 조정대(11)와, 장력 조정대(11) 위에 설치된 제1 전동기(12)(속도 제어용 모터)를 갖추고 있다. 본 실시형태의 제1 전동기(12)는 인버터에 의해 구동이 제어되는 소위 인버터 모터이지만, 예를 들면, 서보 모터나 스테핑 모터 등의 회전수의 제어가 가능한 다른 종류의 모터를 제1 전동기(12)에 사용해도 된다. 또, 회전 구동 장치(10)는 제1 전동기(12)로부터 출력되는 회전을 감속하는 감속기를 갖추고 있어도 된다. 장력 조정대(11)에 대해서는 후술한다.

제1 전동부(30)는 제1 벨트 기구부(31), 궤조륜 지지부(32), 샤프트(33) 및 기어박스(34)(기어 장치)를 갖추고 있다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 제1 벨트 기구부(31)는 회전 구동 장치(10)에 의해 구동되는 구동 풀리(311)와, 궤조륜 지지부(32)의 입력축(후술하는 샤프트(321)의 일방)에 부착된 종동 풀리(312)와, 구동 풀리(311)와 종동 풀리(312)에 걸쳐 감긴 벨트(313)를 갖추고 있다.

회전 구동 장치(10)로부터 출력되는 회전은, 제1 전동부(30)의 제1 벨트 기구부(31)에 의해, 궤조륜 지지부(32)에 전달된다.

본 실시형태의 벨트(313)는 폭 방향으로 늘어서는 복수의 V자 형상의 리브를 가지는 V 리브드 벨트이지만, 예를 들면, 사다리꼴의 단면 형상을 가지는 V벨트, 톱니벨트, 평벨트, 라운드벨트 등의 다른 종류의 벨트이어도 된다.

본 실시형태의 제1 벨트 기구부(31)는 구동 풀리(311), 종동 풀리(312) 및 벨트(313)로 구성되는 단일의 벨트 전동 유닛을 갖추고 있지만, 병렬 또는 직렬로 접속된 2개 이상의 벨트 전동 유닛을 갖춘 구성으로 해도 된다.

또, 회전 구동 장치(10)로부터 궤조륜 지지부(32)로의 전동에는, 벨트 전동에 한하지 않고, 체인 전동이나 와이어 전동 등의 다른 종류의 와인딩 전동, 또는, 기어 전동 등의 다른 전동 방식을 사용해도 된다. 또, 회전 구동 장치(10)와 궤조륜 지지부(32)를 동축으로(즉, 회전축 또는 중심선이 일치하도록) 배치하여, 회전 구동 장치(10)의 출력축과 궤조륜 지지부(32)의 입력축을 직결하는 구성으로 해도 된다.

여기에서, 회전 구동 장치(10)의 장력 조정대(11)에 대해 설명한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 장력 조정대(11)는 베이스(B)에 고정된 고정 프레임(111)과, 회전 구동 장치(10)가 부착되는 가동 프레임(112)을 갖추고 있다. 가동 프레임(112)은, 우측 끝부에서, Y축 방향으로 뻗는 로드(114R)를 통하여 고정 프레임(111)에 선회 가능하게 연결되어 있어, Y축 둘레의 기울기가 조정 가능하게 되어 있다. 가동 프레임(112)의 기울기를 변화시킴으로써, 구동 풀리(311)(도 1)와 종동 풀리(312)와의 거리를 변화시키고, 이것에 의해, 구동 풀리(311)와 종동 풀리(312)에 걸쳐 감긴 벨트(313)의 장력을 조정하는 것이 가능하게 되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 궤조륜 지지부(32)는 베어링(322) 및 샤프트(321)를 1쌍씩 갖추고 있다. 1쌍의 베어링(322)은 회전축을 Y축 방향을 향하게 하고, 궤조륜(R)을 사이에 끼고 전후(즉, Y축 방향)에 줄지어 있고, 동축으로 배치되어 있다.

일방의 샤프트(321)는 전방의 베어링(322)에 의해, 또, 타방의 샤프트(321)는 후방의 베어링(322)에 의해 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 샤프트(321)는 그 일단부에 궤조륜(R)을 부착하기 위한 플랜지가 설치된 플랜지 부착 샤프트이며, 궤조륜(R)의 양측면에 1개씩 볼트에 의해 제거 가능하게 동축으로 부착되어 있다.

전방의 샤프트(321)의 타단부에는 제1 벨트 기구부(31)의 종동 풀리(312)가 부착되어 있다. 또, 후방의 샤프트(321)의 타단부에는, 샤프트(33)의 일단부가 접속되어 있다. 샤프트(33)의 타단부는 기어박스(34)의 입력축(342a)에 접속되어 있다.

제1 벨트 기구부(31)에 의해 궤조륜 지지부(32)에 전달된 동력은 그 일부가 궤조륜(R)에 주어지고, 나머지가 샤프트(33)에 (그리고, 샤프트(33), 토크 발생 장치(20) 및 제2 전동부(40)를 통하여 시험륜(W)에) 주어진다. 즉, 궤조륜 지지부(32)(구체적으로는, 샤프트(321))는 제1 전동기(12)가 발생하여 제1 벨트 기구부(31)에 의해 전달된 동력을 궤조륜(R)과 샤프트(33)(최종적으로는 시험륜(W))에 분배하는 동력 분배 수단으로서 기능한다.

또한, 샤프트(321)와 궤조륜(R)과의 결합 구조는 플랜지에 의한 결합에 한하지 않고, 예를 들면, 궤조륜(R)의 중심에 설치된 관통구멍에 샤프트(321)를 끼워맞춤시키는 구조 등, 다른 결합 구조이어도 된다.

또, 궤조륜 지지부(32)는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 궤조륜(R)의 회전수를 검출하는 로터리 인코더(323)(회전 수검출 수단)를 갖추고 있다.

도 5는 기어박스(34) 및 그 주변을 수평면으로 절단한 개략 단면도이다. 기어박스(34)는 케이스(341)와, 케이스(341)에 부착된 각 1쌍의 제1 베어링(343) 및 제2 베어링(345)과, 1쌍의 제1 베어링(343)에 의해 회전 가능하게 지지된 제1 기어(342)(입력측 기어)와, 1쌍의 제2 베어링(345)에 의해 회전 가능하게 지지된 제2 기어(344)(출력측 기어)를 갖추고 있다.

제1 기어(342) 및 제2 기어(344)는 회전축을 Y축 방향을 향하게 하고, 서로 톱니가 맞물리도록 X축 방향으로 나란하게 배치되어, 케이스(341) 내에 수용되어 있다. 제1 기어(342)의 일단부는 기어박스(34)의 입력축(342a)이며, 샤프트(33)의 타단부에 접속되어 있다. 제2 기어(344)의 일단부에 형성된 플랜지는 기어박스(34)의 출력축(344a)이며, 토크 발생 장치(20)의 후술하는 케이싱(21)의 일단부에 형성된 플랜지(입력축(211b))에 접속되어 있다.

제2 기어(344)에는, 회전축을 중심선으로 하는 원기둥 형상의 관통구멍(344b)이 형성되어 있다. 토크 발생 장치(20)의 후술하는 출력축(24)은 제2 기어(344)의 일단(도 5에서는 좌단. 즉, 출력축(344a)의 선단.)으로부터 관통구멍(344b)에 끼워넣어지고, 제2 기어(344)를 관통하여, 그 선단부가 제2 기어(344)의 타단으로부터 돌출되어 있다.

본 실시형태에서는, 제1 기어(342)와 제2 기어(344)의 톱니 수는 동수이며, 기어박스(34)의 기어비는 1로 되어 있다. 또한, 시험륜(W)과 궤조륜(R)을 반대 회전으로 거의 같은 원주속도로 회전시키는 구성이면, 기어박스(34)의 기어비를 1 이외의 값으로 해도 된다.

샤프트(33)로부터 토크 발생 장치(20)로의 전동에는, 기어 전동에 한하지 않고, 예를 들면, 벨트 전동이나 체인 전동 등의 와인딩 전동 등, 다른 전동 방식을 사용해도 된다.

도 6은 토크 발생 장치(20) 및 기어박스(34)와 그 주변을 X축 방향과 수직한 평면으로 절단한 개략 단면도이다.

토크 발생 장치(20)는 회전 구동 장치(10)에 의해 회전 구동되는 본체부(20A)(회전부)와, 본체부(20A)를 회전 가능하게 지지하는 1쌍의 베어링 유닛(25, 26)을 갖추고 있다.

본체부(20A)는 베어링 유닛(25, 26)에 의해 지지된 대략 통 형상의 케이싱(21)(회전 프레임)과, 케이싱(21)에 부착된 제2 전동기(22) 및 감속기(23)와, 출력축(24)을 갖추고 있다. 출력축(24)은 케이싱(21)과 동축으로 배치되어 있다. 제2 전동기(22)의 후술하는 축(221) 및 로터(222)(회전자)를 케이싱(21)과 동축으로 배치해도 된다. 제2 전동기(22)를 케이싱(21)과 동축으로 배치함으로써, 본체부(20A)의 언밸런스가 줄어, 본체부(20A)를 원활하게(즉, 회전수나 토크의 불필요한 요동이 적게) 회전시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시형태의 제2 전동기(22)는 AC 서보 모터이지만, DC 서보 모터나 스테핑 모터 등, 구동량(회전각)의 제어가 가능한 다른 종류의 전동기를 제2 전동기(22)로서 사용해도 된다. 본 실시형태에서는, 제2 전동기(22)에는, 회전부의 관성 모멘트가 0.01kg·m² 이하(보다 적합하게는, 0.008kg·m² 이하), 정격 출력이 3kW 내지 60kW(보다 실용적으로는, 7kW 내지 37kW)의 초저관성 고출력형의 AC 서보 모터가 사용된다. 이것에 의해 급격한 토크 변동(예를 들면, 500Hz 또는 1kHz를 초과하는 높은 주파수의 진동 토크)을 발생하는 것이 가능하게 된다.

케이싱(21)은 대략 원통 형상의 제1 원통부(212) 및 제2 원통부(214)(모터 수용부)와, 제1 원통부(212)와 제2 원통부(214)를 연결하는 연결부(213)와, 제1 원통부(212)에 접속된 제1 축부(211)와, 제2 원통부(214)에 접속된 제2 축부(215)를 가지고 있다. 제1 축부(211), 제1 원통부(212), 연결부(213), 제2 원통부(214) 및 제2 축부(215)는 모두 축 방향으로 관통하는 중공부를 가지는 통 형상 부재이며, 이 순서로 동축으로 연결되어, 통 형상의 케이싱(21)을 형성한다. 케이싱(21)은 제1 축부(211)에서 베어링 유닛(25)에 의해 지지되고, 제2 축부(215)에서 베어링 유닛(26)에 의해 지지되어 있다. 제1 축부(211)의 선단부에 형성된 플랜지는 토크 발생 장치(20)의 입력축(211b)(도 5)이며, 기어박스(34)의 출력축(344a)에 접속되어 있다.

도 7은 제2 전동기(22)의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다. 제2 전동기(22)는 축(221)과, 영구자석 등으로 구성되어 축(221)과 일체로 결합한 로터(222)와, 내주에 코일(223a)이 설치된 통 형상의 스테이터(223)(고정자)와, 스테이터(223)의 양단부에 개구를 막도록 부착된 1쌍의 플랜지(224, 226)와, 각 플랜지(224, 226)에 부착된 1쌍의 베어링(225, 227)과, 축(221)의 각도 위치(위상)를 검출하는 로터리 인코더(RE)를 갖추고 있다.

축(221)은 1쌍의 베어링(225, 227)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 축(221)의 일단부(도 7에 있어서의 우측 끝부)는 플랜지(224) 및 베어링(225)을 관통하여 외부로 돌출되어, 제2 전동기(22)의 출력축으로 되어 있다. 축(221)의 타단부(도 7에 있어서의 좌단부)는 로터리 인코더(RE)에 접속되어 있다.

도 6에 도시되는 바와 같이, 제2 전동기(22)는 케이싱(21)의 제2 원통부(214)의 중공부(구획(C1))에 수용되어 있다. 케이싱(21)의 연결부(213)의 일단부(도 6에서의 좌단부)에는, 내주로 돌출하는 내측 플랜지부(213a)가 형성되어 있다. 제2 전동기(22)의 스테이터(223)(도 7)는 토크 발생 장치(20)의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치된 복수의 봉 형상의 연결 부재(217)를 통하여 제2 원통부(214)에 고정되어 있다. 연결 부재(217)는, 예를 들면, 양단부에 볼트가 형성된 스터드 볼트나 전산 볼트가 사용된다. 또, 제2 전동기(22)의 플랜지(224)(도 7)는 연결부(213) 내의 플랜지부(213a)에 지지되어 있다.

감속기(23)는 케이싱(21)의 연결부(213) 및 제1 원통부(212)에 의해 둘러싸인 구획(C2)에 수용되어 있다. 감속기(23)의 입력축(231)에는 제2 전동기(22)의 축(221)이 접속되고, 감속기(23)의 출력축(232)에는 토크 발생 장치(20)의 출력축(24)이 접속되어 있다. 또한, 토크 발생 장치(20)에 감속기(23)를 설치하지 않고, 제2 전동기(22)의 축(221)에 출력축(24)을 직접 접속시키는 구성으로 해도 된다.

감속기(23)의 케이스(233)는 연결부(213)의 타단부에 고정되어 있다. 즉, 제2 전동기(22)의 플랜지(224)(도 7)와 감속기(23)의 케이스(233)는 단일의 통 형상의 연결부(213)에 의해 일체로 연결되어 있다. 그 때문에 제2 전동기(22)와 감속기(23)는 높은 강성으로 일체로 결합하여, 축(221)에 굽힘 모멘트가 가해지기 어렵게 되어 있다. 이것에 의해, 축(221)이 베어링(225, 227)(도 7)으로부터 받는 마찰이 경감되기 때문에, 토크 발생 장치(20)에 의한 토크 제어의 정밀도가 향상되어 있다.

토크 발생 장치(20)의 출력축(24)은 케이싱(21)의 제1 축부(211) 및 기어박스(34)(구체적으로는, 제2 기어(344))의 중공부를 통과하여, 기어박스(34)의 후방으로 돌출해 있다. 케이싱(21)의 제1 축부(211) 및 기어박스(34)의 제2 기어(344)의 내주에는, 출력축(24)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(211a) 및 베어링(344c)이 각각 설치되어 있다.

기어박스(34)로부터 후방으로 돌출한 출력축(24)의 선단측의 부분에는, 후술하는 제2 벨트 기구부(41)의 2개의 구동 풀리(411)가 부착되어 있다. 또, 출력축(24)의 선단부는 제2 벨트 기구부(41)의 베어링 유닛(414)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

베어링 유닛(26)의 전방(도 6에서의 좌측)에 인접하여 슬립링부(27)가 설치되어 있다. 슬립링부(27)는 토크 발생 장치(20)의 본체부(20A)와 함께 회전하는 가동부(27A)와, 베이스(B)에 고정된 고정부(27B)로 구성되어 있다.

가동부(27A)는 토크 발생 장치(20)의 제2 축부(215)에 동축으로 접속된 링 지지관(271)과, 링 지지관(271)의 외주에 축 방향으로 간격을 두고 동축으로 부착된 복수의 슬립링(272)을 갖추고 있다.

토크 발생 장치(20)의 제2 전동기(22)의 케이블(228)은 케이싱(21)의 제2 축부(215)에 통과시켜져 있다. 또, 케이블(228)을 구성하는 복수의 전선이 링 지지관(271)의 중공부에 통과시켜져, 대응하는 슬립링(272)에 각각 접속되어 있다.

고정부(27B)는 브러시 지지부(274)와, 브러시 지지부(274)에 지지된 복수의 브러시(273)와, 링 지지관(271)의 선단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링부(275)를 갖추고 있다. 브러시(273)는 대응하는 슬립링(272)의 외주면과 접촉하도록 Y축 방향으로 간격을 두고 줄지어져 있다. 브러시(273)는 후술하는 서보 앰프(22a) 등에 배선 접속되어 있다.

베어링부(275)에는, 링 지지관(271)의 회전수(즉, 토크 발생 장치(20)의 입력축인 케이싱(21)의 회전수)를 검출하는 로터리 인코더(28)가 부착되어 있다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 제2 전동부(40)는 제2 벨트 기구부(41), 슬라이드식 등속 조인트(42) 및 차륜 지지부(50)를 갖추고 있다.

제2 벨트 기구부(41)는 구동 풀리(411), 종동 풀리(412) 및 벨트(413)로 구성되는 2세트의 벨트 전동 유닛과, 베어링 유닛(414)과, 축(415)과, 1쌍의 베어링 유닛(416)을 갖추고 있다.

상기한 바와 같이, 2개의 구동 풀리(411)는 기어박스(34)를 관통한 토크 발생 장치(20)의 출력축(24)의 선단측의 부분에 각각 부착되어 있다. 또, 베어링 유닛(414)은 출력축(24)의 선단부를 회전 가능하게 지지하고 있다.

또한, 기어박스(34)와 구동 풀리(411) 사이에 추가의 베어링 유닛(414)을 설치하고, 출력축(24)의 선단부를 1쌍의 베어링 유닛(414)에 의해 지지하는 구성으로 해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 토크 발생 장치(20)의 출력축(24)에 구동 풀리(411)가 직접 부착되어 있지만, 출력축(24)과는 별도로 구동 풀리(411)를 지지하는 축을 설치하고, 출력축(24)에 연결된 이 축을 베어링 유닛(414)이 지지하는 구성으로 해도 된다.

2개의 종동 풀리(412)는 1쌍의 베어링 유닛(416)에 의해 회전 가능하게 지지된 축(415)에 부착되어 있다.

벨트(413)는 대응하는 구동 풀리(411)와 종동 풀리(412)에 걸쳐 감겨 있다.

본 실시형태의 벨트(413)는 강선의 심선을 가지는 이붙이 벨트이다. 또한, 벨트(413)에는, 예를 들면, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유 등의 소위 슈퍼 섬유로 형성된 심선을 가지는 것을 사용해도 된다. 탄소 섬유로 형성된 카본 심선 등의 경량 또한 고강도의 심선을 사용함으로써, 비교적 출력이 낮은 모터를 사용하여 높은 가속도로 구동하는(또는, 시험륜(W)에 높은 구동력/제동력을 주는) 것이 가능하게 되어, 차륜 시험 장치(1)의 소형화가 가능하게 된다. 또, 같은 출력의 모터를 사용하는 경우, 소위 수퍼 섬유로 형성된 심선을 가지는 경량(즉, 저관성)의 벨트(413)를 사용함으로써, 차륜 시험 장치(1)의 고성능화가 가능하게 된다. 또, 일반적인 자동차용 또는 공업용의 타이밍벨트를 벨트(413)로서 사용해도 된다. 또, 이붙이 벨트 대신에 평벨트나 V벨트를 벨트(413)로서 사용해도 된다. 또, 제1 벨트 기구부(31)의 벨트(313)에도, 벨트(413)로 사용 가능한 이들 벨트를 사용할 수 있다.

본 실시형태의 제2 벨트 기구부(41)는 병렬로 접속된 1쌍의 벨트 전동 유닛을 갖추고 있지만, 단일의 또는 병렬로 접속된 3개 이상의 벨트 전동 유닛을 갖춘 구성으로 해도 된다.

또, 토크 발생 장치(20)로부터 슬라이드식 등속 조인트(42)로의 전동에는, 벨트 전동에 한하지 않고, 체인 전동이나 와이어 전동 등의 다른 종류의 와인딩 전동, 또는, 기어 전동 등의 다른 전동 방식을 사용해도 된다. 또, 토크 발생 장치(20)와 슬라이드식 등속 조인트(42)를 대략 직선 형상(또는, ＜ 형상)으로 줄지어 배치하고, 토크 발생 장치(20)의 출력축(24)과 슬라이드식 등속 조인트(42)의 입력축을 직결하는 구성으로 해도 된다.

차륜 지지부(50)는 슬라이드식 등속 조인트(42)를 통하여 토크 발생 장치(20)에 연결되어 있다. 구체적으로는, 슬라이드식 등속 조인트(42)의 일단부(즉, 입력축)가 제2 벨트 기구부(41)의 축(415)에 접속되고, 슬라이드식 등속 조인트(42)의 타단부(출력축)가 차륜 지지부(50)의 후술하는 스핀들(527)에 연결되어 있다.

슬라이드식 등속 조인트(42)는 작동각(즉, 입력축과 출력축이 이루는 각도)에 관계없이, 회전 변동 없이 원활하게 회전을 전달 가능하게 구성되어 있다. 또, 슬라이드식 등속 조인트(42)는 축 방향의 길이(전달 거리)도 가변이다.

후술하는 바와 같이, 스핀들(527)은 그 위치가 가변하도록 지지되어 있다. 슬라이드식 등속 조인트(42)를 통하여 스핀들(527)을 제2 벨트 기구부(41)의 축(415)에(또는, 토크 발생 장치(20)의 출력축(24)에) 접속함으로써, 스핀들(527)의 위치가 변화되어도, 이 변화에 슬라이드식 등속 조인트(42)가 유연하게 추종하기 때문에, 스핀들(527)이나 축(415)(또는, 토크 발생 장치(20)의 출력축(24))에 큰 폐해가 가해지는 것이 방지되어, 스핀들(527)에 회전을 원활하게 전달하는 것이 가능하게 된다. 또, 슬라이드식 등속 조인트(42)를 사용함으로써, 스핀들(527)의 위치 (또는, 슬라이드식 등속 조인트(42)의 작동각)에 의해 스핀들(527)에 전달되는 회전수가 변화되는 것이 방지된다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 차륜 지지부(50)는 고정 베이스(51)와, 고정 베이스(51) 위에 설치된 본체부(52) 및 윤중 부여부(53)를 갖추고 있다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본체부(52)는 가동 베이스(522)와, 가동 베이스(522)를 고정 베이스(51)에 대하여 X축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 1쌍의 리니어 가이드(521)와, 가동 베이스(522) 위에 설치된 지지 프레임(523)과, 지지 프레임(523)에 부착된 베어링 유닛(528)과, 베어링 유닛(528)에 의해 회전 가능하게 지지된 스핀들(527)과, 스핀들(527)에 동축으로 부착된 토크 센서(524) 및 검출 기어(525)와, 검출 기어(525)의 회전을 검출하는 회전 검출기(526)를 갖추고 있다. 리니어 가이드(521)는 직선 형상의 레일(가이드웨이)과 전동체를 통하여 레일 위를 주행 가능한 캐리지를 갖춘 가이드웨이형 순환식 구름 베어링이지만, 다른 방식의 직선 안내 기구를 리니어 가이드(521)로서 사용해도 된다. 리니어 가이드(521)는 윤중 부여부(53)의 일부를 구성한다. 또, 검출 기어(525)와 회전 검출기(526)에 의해, 스핀들(527)의 회전수를 검출하는 회전수 검출 수단이 구성된다.

지지 프레임(523)은 가동 베이스(522)에 고정된 지주(523a)와, 지주(523a)에 고정된 암(523b)을 가지고 있다. 본 실시형태의 지주(523a)는 L형 브래킷이지만, 다른 형태의 지주(523a)를 사용해도 된다. 또, 지주(523a)와 암(523b)을 일체로 형성해도 된다. 암(523b)은 지주(523a)의 상부로부터 후방으로 뻗는 기부(基部)(523b1)와, 기부(523b1)의 후단부로부터 좌방으로 뻗는 간부(幹部)(523b2)를 갖는 위에서 보아 대략 L자 형상의 구조체이다. 간부(523b2)의 선단부에는, Y축 방향으로 관통하는 중공부가 형성되어 있다. 이 중공부에는, 구동축(구체적으로는, 슬라이드식 등속 조인트(42), 토크 센서(524), 검출 기어(525) 및 스핀들(527)을 연결한 것)이 통과시켜진다.

베어링 유닛(528)은 암(523b)에 부착되어 있다. 구체적으로는, 베어링 유닛(528)은, 회전축을 Y축 방향을 향하게 하여, 간부(523b2)의 선단부의 정면에 부착되어 있다. 베어링 유닛(528)에는, 스핀들(527)로부터 받는 힘을 검출하는 복수의 3분력 센서(529)(접선력 검출 수단, 제1 횡압 검출 수단)가 설치되어 있다. 3분력 센서(529)는 압전식 힘 센서이지만, 다른 방식의 힘 센서를 3분력 센서(529)로서 사용해도 된다.

스핀들(527)은 검출 기어(525) 및 토크 센서(524)를 통하여 슬라이드식 등속 조인트(42)의 출력축에 접속되어 있다. 검출 기어(525) 및 토크 센서(524)는 간부(523b2)의 선단부에 형성된 중공부에 수용되어 있다. 시험륜(W)은 스핀들(527)의 선단부에 설치된 부착부에 부착된다. 토크 센서(524)는 스핀들(527)에 가해지는(즉, 시험륜(W)에 가해지는) 토크를 검출한다.

회전 검출기(526)는 검출 기어(525)의 외주면과 대향하여 배치되어, 지지 프레임(523)의 간부(523b2)에 고정되어 있다. 회전 검출기(526)는, 예를 들면, 광학식, 전자식 또는 자전식 등의 비접촉형의 회전 검출기이며, 검출 기어(525)의 각도 위치의 변화를 검출한다.

윤중 부여부(53)는 차륜 지지부(50)의 본체부(52)를 X축 방향으로 이동시켜, 스핀들(527)에 부착된 시험륜(W)을 궤조륜(R)에 밀어붙임으로써, 소정 크기의 윤중을 시험륜(W)에 부여하는 기구부이다.

윤중 부여부(53)는 모터(531)와, 모터(531)의 회전 운동을 X축 방향의 직선 운동으로 변환하는 운동 변환기(532)와, 시험륜(W)에 가해지는 윤중을 검출하는 윤중 검출기(533)(도 10)를 갖추고 있다.

모터(531)는 AC 서보 모터이지만, DC 서보 모터나 스테핑 모터 등, 구동량(회전각)의 제어가 가능한 다른 종류의 전동기를 모터(531)로서 사용해도 된다.

본 실시형태의 운동 변환기(532)는, 예를 들면, 웜 기어 장치 등의 감속기와 볼 나사 등의 이송나사 기구를 조합한 스쿠르잭이지만, 다른 방식의 운동 변환기를 사용해도 된다. 운동 변환기(532)의 직선 운동부(532a)는 윤중 검출기(533)를 통하여 지지 프레임(523)에 고정되어 있다.

모터(531)에 의해 운동 변환기(532)를 구동하면, 직선 운동부(532a)와 함께, 지지 프레임(523) 및 지지 프레임(523)에 지지된 스핀들(527)이 X축 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 스핀들(527)에 부착된 시험륜(W)이 궤조륜(R)에 대하여 진퇴한다. 시험륜(W)과 궤조륜(R)이 접촉한 상태에서, 시험륜(W)이 궤조륜(R)을 향하는 방향(즉, X축 정방향)으로 모터(531)에 의해 운동 변환기(532)를 더 구동하면, 시험륜(W)이 궤조륜(R)에 밀어붙여져, 시험륜(W)에 윤중이 부여된다.

윤중 검출기(533)는, 윤중 부여부(53)에 의해, 지지 프레임(523) 및 스핀들(527)을 통하여 시험륜(W)에 주어지는 X축 방향의 힘(즉, 윤중)을 검출하는 힘 센서이다. 본 실시형태의 윤중 검출기(533)는 스트레인 게이지식의 로드셀이지만, 예를 들면, 압전식 힘 센서 등의 다른 방식의 힘 센서를 윤중 검출기(533)로서 사용해도 된다. 후술하는 제어부(70)는 윤중 검출기(533)의 검출 결과에 기초하여, 소정 크기의 윤중이 시험륜(W)에 주어지도록 모터(531)의 구동을 제어한다.

도 8은 차륜 시험 장치(1)의 제어 시스템(CS)의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다. 제어 시스템(CS)은 차륜 시험 장치(1) 전체의 동작을 제어하는 제어부(70)와, 차륜 시험 장치(1)에 설치된 각종 검출기로부터의 신호에 기초하여 각종 계측을 행하는 계측부(80)와, 외부와의 입출력을 행하는 인터페이스부(90)를 갖추고 있다.

제어부(70)에는, 제2 전동기(22) 및 모터(531)가 각각 서보 앰프(22a 및 531a)를 통하여, 또, 제1 전동기(12)가 드라이버(12a)(인버터 회로)를 통하여 접속되어 있다.

계측부(80)에는, 로터리 인코더(28, 323), 토크 센서(524), 3분력 센서(529) 및 윤중 검출기(533)가 앰프(28a, 323a, 524a, 529a 및 533a)를 각각 통하여 접속되어 있다. 또한, 도 8에서는, 차륜 시험 장치(1)에 설치된 복수 세트의 3분력 센서(529) 및 앰프(529a) 중 대표의 1세트만이 표시되어 있다. 또, 증폭 회로 및 아날로그-디지털 변환 회로가 내장된 회전 검출기(526)는 계측부(80)에 직접 접속되어 있다.

계측부(80)는 로터리 인코더(323)의 신호에 기초하여 궤조륜(R)의 회전수를 계측하고, 로터리 인코더(28)의 신호에 기초하여 토크 발생 장치(20)의 입력축(케이싱(21))의 회전수를 계측하고, 회전 검출기(526)의 신호에 기초하여 스핀들(527)의 회전수(즉, 시험륜(W)의 회전수)를 계측한다. 또, 계측부(80)는 토크 센서(524)의 신호에 기초하여 시험륜(W)에 가해지는 토크를 계측하고, 복수의 3분력 센서(529)의 신호에 기초하여 시험륜(W)에 가해지는 접선력(종방향 크리프력) 및 횡압(스러스트 하중)을 계측하고, 윤중 검출기(533)의 신호에 기초하여 윤중을 계측한다. 즉, 계측부(80)는 궤조륜(R)의 회전수를 계측하는 제1 회전수 계측 수단, 토크 발생 장치(20)의 회전수를 계측하는 제2 회전수 계측 수단, 시험륜(W)의 회전수를 계측하는 제3 회전수 계측 수단, 시험륜(W)에 가해지는 토크를 계측하는 토크 계측 수단, 시험륜(W)에 가해지는 접선력을 계측하는 접선력 계측 수단, 시험륜(W)에 가해지는 횡압을 계측하는 횡압 계측 수단, 및, 시험륜(W)에 부여되는 윤중을 계측하는 윤중 계측 수단으로서 기능한다. 계측부(80)는 이들 계측값을 제어부(70)에 송신한다.

본 실시형태의 차륜 시험 장치(1)는 비교적 범용성이 높은 장치이기 때문에 많은 계측 수단 및 대응하는 검출 수단을 갖추고 있지만, 차륜 시험 장치(1)는 이들 계측 수단이나 검출 수단 모두를 갖출 필요는 없고, 시험에 따라 조사해야 할 사항에 맞게 적당하게 선택되는 1세트 이상의 계측 수단 및 검출 수단을 갖추고 있으면 된다.

각 서보 모터(제2 전동기(22), 모터(531))에 내장된 로터리 인코더(RE)가 검출한 축의 위상 정보는 대응하는 각 서보 앰프(22a, 531a)를 통하여, 제어부(70)에 입력된다.

인터페이스부(90)는, 예를 들면, 유저와의 사이에서 입출력을 행하기 위한 유저 인터페이스, LAN(Local Area Network) 등의 각종 네트워크와 접속하기 위한 네트워크 인터페이스, 및, 외부 기기와 접속하기 위한 USB(Universal Serial Bus)나 GPIB(General Purpose Interface Bus) 등의 각종 통신 인터페이스의 하나 이상을 갖추고 있다. 또, 유저 인터페이스는, 예를 들면, 각종 조작 스위치, 표시기, LCD(liquid crystal display) 등의 각종 디스플레이 장치, 마우스나 터치패드 등의 각종 포인팅 디바이스, 터치스크린, 비디오카메라, 프린터, 스캐너, 버저, 스피커, 마이크로폰, 메모리 카드 리더 라이터 등의 각종 입출력 장치의 하나 이상을 포함한다.

제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 궤조륜(R)의 회전수(또는 원주속도)의 설정 데이터 및 계측부(80)에 의한 궤조륜(R)의 회전수의 계측 결과에 기초하여, 궤조륜(R)이 설정된 회전수로 회전하도록, 제1 전동기(12)의 구동을 제어한다.

제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 윤중의 설정 데이터 및 계측부(80)에 의한 윤중의 계측 결과에 기초하여, 설정된 윤중이 시험륜(W)에 주어지도록, 윤중 부여부(53)의 모터(531)의 구동을 제어한다.

제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 시험륜(W)의 토크의 설정 데이터 및 계측부(80)에 의한 시험륜(W)의 토크의 계측 결과에 기초하여, 설정된 토크가 시험륜(W)에 부여되도록, 토크 발생 장치(20)의 제2 전동기(22)의 구동을 제어한다.

다음에 차륜 시험 장치(1)를 사용하여 시험을 행하는 방법의 일례를 설명한다. 우선, 제어부(70)는, 궤조륜(R) 및 시험륜(W)이 차륜 시험 장치(1)에 부착된 상태에서, 윤중 부여부(53)의 모터(531)를 구동하여, 시험륜(W)을 궤조륜(R)에 근접시켜, 접촉시키고, 설정된 윤중을 시험륜(W)에 부여한다. 또한, 윤중의 설정값으로서, 일정값 또는 시간에 따라 변동하는 변동값을 설정할 수 있다.

다음에 제어부(70)는 궤조륜(R)이 설정된 회전수로 회전하도록, 회전 구동 장치(10)의 제1 전동기(12)를 구동한다. 또한, 궤조륜(R)의 회전수의 설정값으로서, 일정값 또는 시간에 따라 변동하는 변동값을 설정할 수 있다. 또, 제어부(70)는, 궤조륜(R)의 회전수가 설정값에 도달할 때까지, 시험륜(W)의 토크가 제로(무부하)가 되도록 제2 전동기(22)를 제어한다.

궤조륜(R)의 회전수가 설정값에 도달하면, 제어부(70)는, 시험륜(W)에 설정된 토크가 부여되도록, 토크 발생 장치(20)의 제2 전동기(22)의 구동을 제어한다. 또한, 시험륜(W)의 토크의 설정값으로서 일정값 또는 시간에 따라 변동하는 변동값을 설정할 수 있다. 또한, 궤조륜(R)의 회전 구동의 개시 시부터 시험륜(W)에 설정된 토크가 부여되도록 제2 전동기(22)의 구동을 제어해도 된다.

제어부(70)는, 이 상태에서, 소정의 시간(시험 시간)에 걸쳐, 궤조륜(R)의 회전수, 시험륜(W)의 토크, 접선력, 횡압 및 윤중을 연속적으로 계측하면서, 궤조륜(R) 및 시험륜(W)을 회전시킨다. 이때, 제어부(70)는 각 계측값을 계측 시각과 대응시켜 제어부(70)의 기억 장치(71)(또는, 예를 들면, LAN을 통해 제어부(70)에 접속된 서버 등의 제어부(70)에 의해 액세스 가능한 기억 수단)에 보존한다.

제어부(70)는, 소정의 시간이 경과하면, 시험륜(W)의 토크가 제로가 되도록 토크 발생 장치(20)의 제2 전동기(22)의 구동을 제어한다. 다음에, 제어부(70)는 회전 구동 장치(10)의 제1 전동기(12)를 제어하여, 궤조륜(R)의 회전수를 서서히 감속하여 회전을 정지시킨 후, 윤중 부여부(53)의 모터(531)를 구동하여, 시험륜(W)을 궤조륜(R)으로부터 소정 거리만큼 떼어 놓고, 시험을 종료한다.

또한, 상기의 시험 수순은 차륜 시험 장치(1)를 사용해서 행하는 것이 가능한 시험 수순의 일례에 지나지 않으며, 다른 여러 시험 수순으로 시험을 행하는 것이 가능하다.

(제2 실시형태)

다음에 본 발명의 제2 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 제2 실시형태의 설명에서는, 상기한 제1 실시형태와 상위한 사항에 중점을 두고, 제1 실시형태와 공통 또는 대응하는 구성에 대해서는, 동일한 또는 대응하는 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 차륜 시험 장치(1000)의 개략 구성을 도시하는 평면도이다. 또, 도 10은 차륜 시험 장치(1000)의 개략 구성을 도시하는 정면도이다.

차륜 시험 장치(1000)는 제1 실시형태의 차륜 지지부(50)에 횡압 부여 기능, 어택각 부여 기능 및 캔트각 부여 기능이 추가된 차륜 지지부(1500)를 갖추고 있다.

도 9에 도시되는 바와 같이, 차륜 시험 장치(1000)의 차륜 지지부(1500)는, 윤중 부여부(53)에 더하여, 횡압 부여부(54), 캔트각 부여부(55) 및 어택각 부여부(56)를 갖추고 있다. 또, 도 10에 도시되는 바와 같이, 차륜 지지부(1500)는 3개의 가동 베이스(제1 가동 베이스(522A), 제2 가동 베이스(522B) 및 제3 가동 베이스(522C))를 갖추고 있다.

횡압 부여부(54)는 시험륜(W)에 횡압(스러스트 하중)을 부여하는 기구부이다. 또한, 횡압에는 횡방향 크리프력(점착력의 시험륜(W)의 축 방향의 성분)과 플랜지 반력(시험륜(W)의 플랜지와 궤조륜(R)의 게이지 코너와의 접촉에 의해 생기는 작용)이 포함되지만, 후자의 플랜지 반력이 횡압 부여부(54)에 의해 부여된다(또는, 소정값으로 조정된다).

횡압 부여부(54)는 고정 베이스(51)에 대하여 제1 가동 베이스(522A)를 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지하는 복수(예를 들면, 3개)의 리니어 가이드(541)와, 고정 베이스(51)와 함께 베이스(B)에 부착된 모터(542)(도 9)와, 모터(542)의 회전 운동을 Y축 방향의 직선 운동으로 변환하는 운동 변환기(543)(도 9)와, 시험륜(W)에 가해지는 횡압을 검출하는 횡압 검출기(544)(도 9)를 갖추고 있다. 리니어 가이드(541)는 리니어 가이드(521)와 같은 구성의 가이드웨이형 순환식 구름 베어링이지만, 다른 방식의 직선 안내 기구를 리니어 가이드(541)로서 사용해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 횡압 검출기(544)(제2 횡압 검출 수단)는 플랜지 반력을 부여하는 경우의 횡압의 검출에 사용되고, 플랜지 반력을 부여하지 않는 경우에는 3분력 센서(529)(제1 횡압 검출 수단)가 횡압의 검출에 사용된다. 차륜 시험 장치(1000)에 횡압 검출기(544)를 설치하지 않고, 플랜지 반력을 부여하는 경우에도 3분력 센서(529)를 사용하여 횡압을 검출하는 구성으로 해도 된다. 또, 플랜지 반력을 부여하지 않는 경우에도 횡압 검출기(544)를 사용하여 횡압을 검출하는 구성으로 해도 된다. 또, 횡압 검출기(544)를 사용하여 정적인 횡압(주로 플랜지 반력)을 검출하면서, 3분력 센서(529)를 사용하여 동적인 횡압(주로 횡방향 크리프력)을 검출하는 구성으로 해도 된다.

본 실시형태의 모터(542)는 AC 서보 모터이지만, DC 서보 모터나 스테핑 모터 등, 구동량(회전각)의 제어가 가능한 다른 종류의 전동기를 모터(542)로서 사용해도 된다.

본 실시형태의 운동 변환기(543)는 볼 나사 등의 이송나사 기구이지만, 다른 방식의 운동 변환기를 사용해도 된다. 운동 변환기(543)의 나사축은 고정 베이스(51)에 부착된 한 쌍의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 그 일단부가 모터(542)의 축에 접속되어 있다. 운동 변환기(543)의 너트(직선 운동부)는 횡압 검출기(544)를 통하여 제1 가동 베이스(522A)에 고정되어 있다. 모터(542)에 의해 운동 변환기(543)의 나사축을 회전시키면, 운동 변환기(543)의 너트와 함께 제1 가동 베이스(522A)가 Y축 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 제1 가동 베이스(522A)에 지지된 시험륜(W)도 Y축 방향으로 이동하고, 궤조륜(R)에 대한 시험륜(W)의 축 방향에서의 위치가 변화된다. 시험륜(W)을 Y축 방향으로 변위시켜, 시험륜(W)의 플랜지를 궤조륜(R)에 접촉시키면, 시험륜(W)에 플랜지 반력이 부여된다. 플랜지 반력의 크기는 시험륜(W)의 Y축 방향에서의 위치에 따라 변화된다.

도 8에 도시되는 바와 같이, 모터(542)는, 서보 앰프(542a)를 통하고, 제어부(70)에 접속되어 있다. 횡압 검출기(544)는 앰프(544a)를 통하여, 계측부(80)에 접속되어 있다. 또한, 모터(542)에 내장된 로터리 인코더(RE)가 검출한 축의 위상 정보는, 서보 앰프(542a)를 통하여, 제어부(70)에 입력된다.

계측부(80)는 횡압 검출기(544)의 신호에 기초하여 시험륜(W)에 부여되는 횡압을 계측한다. 제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 횡압의 설정 데이터 및 계측부(80)에 의한 횡압의 계측 결과에 기초하여, 설정된 횡압이 시험륜(W)에 주어지도록, 모터(542)의 구동을 제어한다.

캔트각 부여부(55)는 시험륜(W)에 캔트각을 부여하는 기능을 가지는 기구부이다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 캔트각 부여부(55)는 제1 가동 베이스(522A) 및 제2 가동 베이스(522B)의 일방에 부착된 연직으로 뻗는 선회 지축(支軸)(551)과, 선회 지축(551)을 회전 가능하게 지지하는, 제1 가동 베이스(522A) 및 제2 가동 베이스(522B)의 타방에 부착된 베어링(552)을 갖추고 있다. 제2 가동 베이스(522B)는, 선회 지축(551) 및 베어링(552)에 의해, 연직선인 베어링(552)의 회전축(A1)을 중심으로 회전 가능하게 지지되어 있다.

베어링(552)은, 궤조륜(R)에 시험륜(W)이 접촉하는 접촉 위치(P)(본 실시형태에서는 궤조륜(R)의 우측 끝)를 회전축(A1)이 지나가도록, 접촉 위치(P)의 대략 바로 아래에 배치되어 있다. 회전축(A1)은 접촉 위치(P)에 있어서의 궤조륜(R) 및 시험륜(W)의 접선이 된다. 그 때문에 회전축(A1)을 중심으로 제2 가동 베이스(522B)가 회전하면, 시험륜(W)은 접촉 위치(P)를 지점(支點)으로 Z축 주위로 선회하여(바꿔 말하면, 시험륜(W)과 궤조륜(R)의 공통 접선의 주위로 회전 이동하여), 궤조륜(R)에 대한 접선 주위의 기울기(즉, 캔트각)가 변화된다.

캔트각 부여부(55)는, 제2 가동 베이스(522B)를, 회전축(A1)으로부터 벗어난 외주 부분에서, 제1 가동 베이스(522A)에 대해 회전축(A1)을 중심으로 선회 가능하게 지지하는 곡선 가이드(553)를 갖추고 있다. 곡선 가이드(553)는 곡선 형상의 레일(가이드웨이)과 전동체를 통하여 레일 위를 주행 가능한 캐리지를 갖춘 가이드웨이형 순환식 구름 베어링이지만, 다른 방식의 곡선 안내 기구를 곡선 가이드(553)로서 사용해도 된다.

또, 캔트각 부여부(55)는 모터(554)(도 9)와, 모터(554)의 회전 운동을 Y축 방향의 직선 운동으로 변환하는 운동 변환기(555)를 갖추고 있다. 본 실시형태의 모터(554)는 AC 서보 모터이지만, DC 서보 모터나 스테핑 모터 등, 구동량(회전각)의 제어가 가능한 다른 종류의 전동기를 모터(554)로서 사용해도 된다. 또, 본 실시형태의 운동 변환기(555)는 볼 나사 등의 이송나사 기구이지만, 다른 방식의 운동 변환기를 사용해도 된다.

운동 변환기(555)의 나사축(555a)은 한 쌍의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 모터(554)의 축에 접속되어 있다. 또한, 도 10에 있어서, 나사축(555a)을 지지하는 베어링은 도시 생략되어 있다. 모터(554) 및 운동 변환기(555)의 한 쌍의 베어링은 제1 가동 베이스(522A) 위에 설치된 연직축 주위로 회전 가능한 도시하지 않은 회전 테이블에 부착되어 있다. 모터(554)는 축이 회전 테이블의 회전축과 수직으로 교차하도록 배치되어 있다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 운동 변환기(555)의 너트(555b)(직선 운동부)는, 힌지(556)을 통하여, 제2 가동 베이스(522B)에 연직축 주위로 회전 가능하게 연결되어 있다. 모터(554)에 의해 나사축(555a)을 회전시키면, 제2 가동 베이스(522B)에 부착된 힌지(556)가 너트(555b)와 함께 대략 Y축 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 제2 가동 베이스(522B)가 회전축(A1)을 중심으로 회전하여, 제2 가동 베이스(522B)에 지지된 시험륜(W)은 접촉 위치(P)를 지점으로 선회하여, 캔트각이 변화된다.

도 8에 도시되는 바와 같이, 모터(554)는 서보 앰프(554a)를 통하여, 제어부(70)에 접속되어 있다. 모터(554)에 내장된 로터리 인코더(RE)가 검출한 축의 위상 정보는, 서보 앰프(554a)를 통하여, 제어부(70)에 입력된다.

제어부(70)는 모터(554)에 내장된 로터리 인코더(RE)의 신호에 기초하여 캔트각의 현재값을 계산한다. 제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 캔트각의 설정 데이터 및 현재값에 기초하여, 설정된 캔트각이 시험륜(W)에 주어지도록, 모터(554)의 구동을 제어한다.

어택각 부여부(56)는 시험륜(W)에 어택각을 부여하는 기능을 가지는 기구부이다. 어택각은 레일과 차륜이 이루는 각도이며, 보다 구체적으로는, 레일의 폭 방향(침목 방향)과 차륜의 축 방향이 이루는 상하축 주위의 각도(즉, 요잉 방향의 각도)이다. 차륜 시험 장치(1000)에서는, 어택각은 궤조륜(R)의 회전축과 시험륜(W)의 회전축이 X축 주위에 형성하는 각으로서 정의된다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태의 차륜 지지부(1500)의 지지 프레임(1523)은 제3 가동 베이스(522C)에 고정된 상자형의 지주(1523a)와, X축 방향으로 뻗는 회전축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 지주(1523a)에 연결된 암(1523b)을 갖추고 있다. 암(1523b)은 제1 실시형태의 암(523b)과 마찬가지로 위에서 보아 대략 L자 형상의 부재이며, 지주(1523a)의 상부에 연결된 Y축 방향으로 뻗는 기부(1523b1)와, 기부(1523b1)의 후단부로부터 좌방으로 뻗는 간부(1523b2)를 가지고 있다.

기부(1523b1)의 우측 끝으로부터는 X축 방향으로 선회 지축(561)이 돌출해 있다. 또, 지주(1523a)의 상부에는, 선회 지축(561)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(562)이 부착되어 있다. 암(1523b)은, 선회 지축(561)을 통하여, 베어링(562)에 의해, Y축 방향으로 뻗는 회전축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 지지되어 있다. 베어링(562)은 회전축(A2)이 접촉 위치(P)를 통과하도록 배치되어 있다. 즉, 회전축(A2)은 시험륜(W)의 답면을 수직으로 통과하는 직선으로 되어 있다. 선회 지축(561) 및 베어링(562)은 어택각 부여부(56)의 일부를 구성한다.

도 9에 도시되는 바와 같이, 어택각 부여부(56)는 모터(564)와, 모터(564)의 회전 운동을 Z축 방향의 직선 운동으로 변환하는 운동 변환기(563)를 갖추고 있다. 본 실시형태의 모터(564)는 AC 서보 모터이지만, DC 서보 모터나 스테핑 모터 등, 구동량(회전각)의 제어가 가능한 다른 종류의 전동기를 모터(564)로서 사용해도 된다. 또, 본 실시형태의 운동 변환기(563)는 볼나사 등의 이송나사 기구이지만, 다른 방식의 운동 변환기를 사용해도 된다.

운동 변환기(563)의 나사축은 한 쌍의 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 일단부가 모터(564)의 축에 베벨 기어를 통하여 접속되어 있다. 또한, 운동 변환기(563)의 나사축을 모터(564)의 축에 직결해도 된다. 모터(564) 및 운동 변환기(563)는, X축 방향으로 뻗는 회전축을 가지는 힌지를 통하여, 힌지의 회전축을 중심으로 일정한 각도 범위에서 회전(즉 요동) 가능하게 제3 가동 베이스(522C)에 연결된 요동 프레임에 부착되어 있다.

운동 변환기(563)의 너트(직선 운동부)는, X축 방향으로 뻗는 회전축을 가지는 힌지를 통하여, 지지 프레임(1523)의 암(1523b)에, 힌지의 회전축을 중심으로 요동 가능하게 연결되어 있다. 모터(564)에 의해 운동 변환기(563)의 나사축을 회전시키면, 너트와 함께 암(1523b)에 부착된 힌지가 대략 Z축 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 암(1523b)과 함께 암(1523b)에 지지된 시험륜(W)이 접촉 위치(P)를 지나는 회전축(A2)(바꿔 말하면, 시험륜의 답면에 수직한 직선)을 중심으로 회전 이동하고, 어택각이 부여된다.

도 8에 도시되는 바와 같이, 모터(564)는 서보 앰프(564a)를 통하여, 제어부(70)에 접속되어 있다. 모터(564)에 내장된 로터리 인코더(RE)가 검출한 축의 위상 정보는, 서보 앰프(564a)를 통하고, 제어부(70)에 입력된다.

제어부(70)는 모터(564)에 내장된 로터리 인코더(RE)의 신호에 기초하여 어택각의 현재값을 계산한다. 제어부(70)는 인터페이스부(90)를 통하여 입력된 어택각의 설정 데이터 및 현재값에 기초하여, 설정된 어택각이 시험륜(W)에 주어지도록, 모터(564)의 구동을 제어한다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 윤중 부여부(53)의 운동 변환기(532)의 직선 운동부(532a)는 윤중 검출기(533)를 통하여 지지 프레임(1523)의 지주(1523a)에 고정되어 있다. 또, 운동 변환기(532)의 직선 운동부(532a)는 중심선이 회전축(A2)과 일치하도록 배치되어 있다. 이것에 의해, 윤중을 부여할 때, 지지 프레임(1523)에 큰 힘의 모멘트가 가해지는 것이 방지된다.

이상이 본 발명의 실시형태의 설명이다. 본 발명의 실시형태는, 상기에 설명한 것에 한정되지 않고, 여러 변형이 가능하다. 예를 들면, 본 명세서 중에 예시적으로 명시된 실시형태 등의 구성, 본 명세서 중의 기재로부터 당업자에게 자명한 실시형태 등의 구성 및/또는 주지기술을 적당하게 조합한 구성도 본원의 실시형태에 포함된다.

상기의 실시형태에서는, 윤중 부여부(53)가 차륜 지지부(50)에 설치되고, 시험륜(W)을 궤조륜(R)에 대하여 진퇴시킴으로써 윤중을 조정하도록 구성되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 윤중 부여부를 궤조륜 지지부에 설치하고, 궤조륜(R)을 시험륜(W)에 대하여 진퇴시킴으로써 윤중을 조정하는 구성으로 해도 된다.

상기의 실시형태에서는, 궤조륜(R)이 토크 발생 장치(20)를 통하지 않고 회전 구동 장치(10)에 접속되고, 시험륜(W)이 토크 발생 장치(20)를 통하여 회전 구동 장치(10)에 접속되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 궤조륜(R)이 토크 발생 장치(20)를 통하여 회전 구동 장치(10)에 접속되고, 시험륜(W)이 토크 발생 장치(20)를 통하지 않고 회전 구동 장치(10)에 접속되는 구성으로 해도 된다. 또, 토크 발생 장치(20)를 2개 설치하여, 일방의 토크 발생 장치(20)를 통하여 궤조륜(R)이 회전 구동 장치(10)에 접속되고, 타방의 토크 발생 장치(20)를 통하여 시험륜(W)이 회전 구동 장치(10)에 접속되는 구성으로 해도 된다.

상기의 실시형태에서는, 차륜 지지부(50)에 복수의 3분력 센서가 설치되고, 복수의 3분력 센서의 검출 결과에 기초하여 계측부(80)가 시험륜(W)에 가해지는 토크나 윤중을 계측하는 구성이 채용되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들면, 복수의 2분력 센서 또는 1분력 센서의 검출 결과에 기초하여 토크나 윤중을 계측하는 구성으로 해도 된다.

상기의 실시형태에서는, 궤조륜 지지부(32)에 동력 분배 수단의 기능이 갖추어져 있지만, 궤조륜 지지부(32)로부터 동력 분배 수단을 분리한 구성으로 해도 된다. 예를 들면, 제1 전동부(30)를 궤조륜 지지부(32)에 접속시키지 않고, 회전 구동 장치(10)와 제1 전동부(30)를 추가의 동력전달 수단(예를 들면, 와인딩 전동이나 기어 전동)을 통하여 연결할 수 있다. 이 경우, 제1 벨트 기구부(31)의 구동 풀리(311)와 추가의 동력전달 수단의 풀리나 기어가 부착되는 회전 구동 장치(10)의 축이 동력 분배 수단으로서 기능한다.

상기의 제2 실시형태에서는, 고정 베이스(51)와 스핀들(527)이 횡압 부여부(54), 캔트각 부여부(55), 윤중 부여부(53) 및 어택각 부여부(56)를 이 순서로 통하여 연결되어 있지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 횡압 부여부(54), 캔트각 부여부(55), 윤중 부여부(53) 및 어택각 부여부(56)는 어떠한 순서로 연결해도 된다.

Claims (13)

1. 궤조륜을 회전 가능하게 지지하는 궤조륜 지지부와,
   시험륜을 상기 궤조륜에 접촉한 상태에서 회전 가능하게 지지하는 차륜 지지부와,
   상기 궤조륜 및 상기 시험륜을 회전시키는 제1 전동기와,
   상기 시험륜에 부여하는 토크를 발생하는 토크 발생 장치
   를 구비하고,
   상기 토크 발생 장치가
   상기 제1 전동기에 의해 회전 구동되는 회전 프레임과,
   상기 회전 프레임에 부착된 제2 전동기를 갖추고,
   상기 궤조륜 및 상기 시험륜의 적어도 일방이 상기 토크 발생 장치를 통하여 상기 제1 전동기에 접속된 차륜 시험 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전동기가 발생한 동력을 상기 궤조륜과 상기 시험륜에 분배하는 동력 분배 수단을 갖춘 차륜 시험 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 전동기의 작동이 정지해 있을 때, 상기 궤조륜 및 상기 시험륜이 반대 회전으로 거의 같은 원주속도로 회전하도록 구성된 차륜 시험 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 토크 발생 장치가 상기 회전 프레임과 동축으로 배치된 출력축을 갖춘 차륜 시험 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 토크 발생 장치가 상기 회전 프레임을 회전 가능하게 지지하는 베어링 유닛을 갖추고,
   상기 회전 프레임이 상기 베어링 유닛에 지지되는 통 형상의 축부를 가지고,
   상기 축부의 내주에 베어링이 설치되고,
   상기 출력축이 상기 축부의 중공부에 통과시켜지고, 상기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 차륜 시험 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전동기가 상기 회전 프레임과 동축으로 배치된 차륜 시험 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2 전동기가 상기 회전 프레임의 회전축을 중심으로 방사상으로 배치된 복수의 봉 형상의 연결 부재를 통하여 상기 회전 프레임에 고정된 차륜 시험 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 회전 프레임이 상기 제2 전동기를 수용하는 통 형상의 모터 수용부를 갖춘 차륜 시험 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기를 제어하는 제어부와,
   상기 궤조륜의 회전수를 계측하는 회전수 계측 수단과,
   상기 시험륜의 토크를 계측하는 토크 계측 수단
   을 구비하고,
   상기 제어부가
   상기 회전수 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 상기 제1 전동기의 구동을 제어하고,
   상기 토크 계측 수단의 계측 결과에 기초하여 상기 제2 전동기의 구동을 제어 하는 차륜 시험 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험륜 및 상기 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 진퇴시킴으로써 상기 시험륜에 윤중을 부여하는 윤중 부여부를 갖춘 차륜 시험 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험륜 및 상기 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 상기 시험륜의 답면에 수직한 직선의 주위로 회전 이동시킴으로써 어택각을 부여하는 어택각 부여부를 갖춘 차륜 시험 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험륜 및 상기 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 접선의 주위로 회전 이동시킴으로써 캔트각을 부여하는 캔트각 부여부를 갖춘 차륜 시험 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시험륜 및 상기 궤조륜의 일방을 타방에 대하여 축 방향으로 이동시킴으로써 상기 시험륜에 횡압을 부여하는 횡압 부여부를 갖춘 차륜 시험 장치.
    

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