WO2021225133A1 - 車輪試験装置 - Google Patents

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WO2021225133A1
WO2021225133A1 PCT/JP2021/017337 JP2021017337W WO2021225133A1 WO 2021225133 A1 WO2021225133 A1 WO 2021225133A1 JP 2021017337 W JP2021017337 W JP 2021017337W WO 2021225133 A1 WO2021225133 A1 WO 2021225133A1
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WO
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wheel
test
rail
motor
shaft
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/017337
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English (en)
French (fr)
Inventor
繁 松本
博至 宮下
一宏 村内
修一 鴇田
Original Assignee
国際計測器株式会社
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Publication date
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Priority to JP2022519960A priority patent/JP7338921B2/ja
Priority to KR1020227039088A priority patent/KR20230008735A/ko
Priority to EP21800567.6A priority patent/EP4148409A1/en
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Priority to US18/048,319 priority patent/US20230054417A1/en
Priority to JP2023132826A priority patent/JP2023144070A/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/08—Railway vehicles
    • G01M17/10—Suspensions, axles or wheels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/004—Testing the effects of speed or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • G01M99/007—Subject matter not provided for in other groups of this subclass by applying a load, e.g. for resistance or wear testing

Definitions

  • the present invention relates to a wheel test device.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laying-Open No. 2007-271447 states that a railroad vehicle is rotated by rotating both wheels in a state where the wheels are pressed against a rail wheel which is a disc-shaped member having a cross-sectional shape in which the outer peripheral portion imitates a rail.
  • Patent Document 1 states that a railroad vehicle is rotated by rotating both wheels in a state where the wheels are pressed against a rail wheel which is a disc-shaped member having a cross-sectional shape in which the outer peripheral portion imitates a rail.
  • test device described in Patent Document 1 Since the test device described in Patent Document 1 is driven by a single motor, it is necessary to use a large-capacity motor when performing a test in which a large torque is applied while rotating wheels at high speed. There is a problem that the power consumption during the test becomes enormous.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to reduce the electric energy consumption of the wheel test apparatus.
  • the rail wheel support portion that rotatably supports the rail wheel the wheel support portion that rotatably supports the test wheel in contact with the rail wheel, and the rail wheel and the test wheel are provided.
  • a first electric motor for rotating and a torque generator for generating torque applied to the test wheels are provided, and the torque generator includes a rotating frame that is rotationally driven by the rotational driving device and a second electric motor that is attached to the rotating frame.
  • a wheel test device is provided in which at least one of a rail wheel and a test wheel is connected to a first motor via a torque generator.
  • the above wheel test device may be configured to include a power distribution means for distributing the power generated by the first motor to the rail wheels and the test wheels.
  • the rail wheel and the test wheel may rotate in the opposite direction at substantially the same peripheral speed when the operation of the second motor is stopped.
  • the torque generator may be configured to include an output shaft coaxially arranged with the rotating frame.
  • the torque generator includes a bearing unit that rotatably supports the rotating frame, and the rotating frame has a tubular shaft portion that is supported by the bearing unit and is located on the inner circumference of the shaft portion.
  • a bearing may be provided, and the output shaft may be passed through a hollow portion of the shaft portion and rotatably supported by the bearing.
  • the first electric motor may be arranged coaxially with the rotating frame.
  • the second motor may be fixed to the rotating frame via a plurality of rod-shaped connecting members radially arranged around the rotating shaft of the rotating frame.
  • the rotating frame may be configured to include a cylindrical motor accommodating portion for accommodating the second electric motor.
  • the above-mentioned wheel test apparatus includes a control unit for controlling the first motor and the second motor, a rotation speed measuring means for measuring the rotation speed of the rail wheel, and a torque measuring means for measuring the torque of the test wheel.
  • the control unit may control the drive of the first electric motor based on the measurement result of the rotation speed measuring means, and may control the drive of the second electric motor based on the measurement result of the torque measuring means.
  • the above wheel test device may be configured to include a wheel load imparting portion that imparts wheel load to the test wheel by advancing and retreating one of the test wheel and the rail wheel with respect to the other.
  • the above wheel test apparatus may be configured to include an attack angle imparting portion that imparts an attack angle by rotating one of the test wheel and the rail wheel around a straight line perpendicular to the tread of the test wheel with respect to the other. good.
  • the above wheel test apparatus may be configured to include a cant angle imparting portion that imparts a cant angle by rotationally moving one of the test wheel and the rail wheel around the tangent to the other.
  • the above wheel test apparatus may be configured to include a lateral pressure applying portion that applies lateral pressure to the test wheel by moving one of the test wheel and the rail wheel in the axial direction with respect to the other.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views of the wheel test device 1 according to the first embodiment of the present invention, respectively.
  • FIG. 1 is a view seen from the front side
  • FIG. 2 is a view seen from the back side.
  • FIG. 3 is a plan view of the wheel test device 1.
  • the direction from the lower right to the upper left is defined as the X-axis direction
  • the direction from the upper right to the lower left is defined as the Y-axis direction
  • the direction from the bottom to the upper is defined as the Z-axis direction.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction are horizontal directions orthogonal to each other
  • the Z-axis direction is a vertical direction.
  • Arbitrary straight lines extending in each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are referred to as the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis, respectively.
  • the X-axis positive direction is referred to as left
  • the X-axis negative direction is referred to as right
  • the Y-axis positive direction is referred to as forward
  • the Y-axis negative direction is referred to as rear
  • the Z-axis positive direction is referred to as upward
  • the Z-axis negative direction is referred to as downward.
  • the wheel test device 1 is a device capable of simulating the interaction between rails and wheels that occurs when a railway vehicle runs, and evaluating, for example, the adhesive force characteristics between rails and wheels.
  • a rail wheel R having a cross-sectional shape whose outer peripheral portion imitates a rail head is used, and both are pressed against the rail wheel R with a test wheel (hereinafter referred to as “test wheel W”).
  • test wheel W a test wheel
  • the wheel test device 1 includes a drive system DS that drives the rail wheel R and the test wheel W.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the drive system DS.
  • the drive system DS includes an activation unit AS that generates mechanical power (hereinafter, simply referred to as "power"), and a transmission unit TS that transmits the power generated by the activation unit AS to the rail wheel R and the test wheel W that are the drive targets. And, as will be described later, a power circulation system is formed together with the rail wheel R and the test wheel W.
  • the activation unit AS includes a rotation drive device 10 (speed control drive device) capable of controlling the rotation speed of the drive target and a torque generator 20 (torque control drive device) capable of controlling the torque applied to the drive target. ..
  • the drive system DS of the present embodiment divides the drive control into speed control and torque control, and adopts a configuration in which the speed control and torque control are shared by dedicated drive devices, so that the prime mover has a relatively small capacity. It is possible to drive at high speed (or large acceleration) and large torque while using. Further, the drive system DS realizes higher energy utilization efficiency than the conventional device by adopting a power circulation system.
  • the transmission unit TS includes a first transmission unit 30 and a second transmission unit 40.
  • the torque generator 20 also constitutes a part of the transmission unit TS.
  • the first transmission unit 30 transmits the rotation output from the rotation drive device 10 to the rail wheel R and the torque generator 20.
  • the torque generator 20 outputs the power transmitted from the rotary drive device 10 by adding the power generated by the torque generator 20 itself.
  • the second transmission unit 40 transmits the output of the torque generator 20 to the test wheel W.
  • the rail wheel R and the test wheel W are attached to the wheel test device 1 so that the rotation axes are oriented parallel to each other and aligned in the radial direction.
  • the test wheel W and the rail wheel W are pressed against the rail wheel R, and the outer peripheral surface (tread surface) of the test wheel W is in contact with the outer peripheral surface (top surface) of the rail wheel R.
  • R is rotationally driven in opposite directions at substantially the same peripheral speed (that is, the linear speed of the outer peripheral surface).
  • the transmission unit TS together with the test wheel W and the rail wheel R, constitutes a power circulation system (that is, a loop of the power transmission shaft).
  • the torque generator 20 applies torque to the power circulation system by giving a phase difference between the input shaft (first transmission unit 30) and the output shaft (second transmission unit 40).
  • the wheel test device 1 can apply torque (or tangential force) to the test wheel W with almost no absorption of the generated power, and therefore consumes relatively little energy. Can work.
  • the rail wheel R and the test wheel W rotate in opposite directions in a state where the torque generator 20 (specifically, the second electric motor 22 described later) is stopped. It is configured to be rotationally driven at the same peripheral speed.
  • the rail wheel R and the test wheel W may have a peripheral speed difference when the operation of the torque generator 20 is stopped. However, in this case, the operating amount of the torque generator 20 increases in order to compensate for the peripheral speed difference, so that the energy consumption increases.
  • the first transmission unit 30 of the present embodiment is configured such that the rail wheel R and the torque generator 20 are rotationally driven at the same rotation speed, but the rail wheel R and the test wheel W have substantially the same circumference. If the configuration is such that the rail wheel R and the torque generator 20 are rotationally driven at a high speed, the rail wheel R and the torque generator 20 may be rotated at different rotation speeds.
  • the rotation drive device 10 includes a tension adjusting table 11 and a first electric motor 12 (speed control motor) installed on the tension adjusting table 11.
  • the first electric motor 12 of the present embodiment is a so-called inverter motor whose drive is controlled by an inverter.
  • another type of motor capable of controlling the rotation speed such as a servo motor or a stepping motor is used as the first electric motor 12. May be used for.
  • the rotation drive device 10 may include a speed reducer that reduces the rotation output from the first electric motor 12.
  • the tension adjusting table 11 will be described later.
  • the first transmission unit 30 includes a first belt mechanism unit 31, a rail wheel support unit 32, a shaft 33, and a gearbox 34 (gear device).
  • the first belt mechanism portion 31 is driven by a drive pulley 311 driven by a rotary drive device 10 and a driven shaft attached to an input shaft (one of the shafts 321 described later) of the rail wheel support portion 32. It includes a pulley 312, a drive pulley 311 and a belt 313 wound around a driven pulley 312.
  • the rotation output from the rotation drive device 10 is transmitted to the rail wheel support portion 32 by the first belt mechanism portion 31 of the first transmission portion 30.
  • the belt 313 of the present embodiment is a V-ribbed belt having a plurality of V-shaped ribs arranged in the width direction.
  • a V-belt having a trapezoidal cross-sectional shape, a toothed belt, a flat belt, a round belt, or the like It may be a type of belt.
  • the first belt mechanism portion 31 of the present embodiment includes a single belt transmission unit composed of a drive pulley 311, a driven pulley 312, and a belt 313, but two or more belts connected in parallel or in series. It may be configured to include a transmission unit.
  • the transmission from the rotary drive device 10 to the rail wheel support portion 32 is not limited to the belt transmission, but another type of winding transmission such as chain transmission or wire transmission, or another transmission method such as gear transmission is used. You may use it.
  • the rotation drive device 10 and the rail wheel support portion 32 are arranged coaxially (that is, so that the rotation shaft or the center line coincide with each other), and the output shaft of the rotation drive device 10 and the input shaft of the rail wheel support portion 32 are arranged. It may be configured to be directly connected to.
  • the tension adjusting table 11 of the rotary drive device 10 will be described.
  • the tension adjusting table 11 includes a fixed frame 111 fixed to the base B and a movable frame 112 to which the rotation driving device 10 is attached.
  • the movable frame 112 is rotatably connected to the fixed frame 111 via a rod 114R extending in the Y-axis direction at the right end portion, and the inclination around the Y-axis can be adjusted.
  • the distance between the drive pulley 311 (FIG. 1) and the driven pulley 312 is changed, thereby adjusting the tension of the belt 313 wound around the drive pulley 311 and the driven pulley 312. It is possible.
  • the rail wheel support portion 32 includes a pair of bearings 322 and a pair of shafts 321.
  • the pair of bearings 322 are arranged in the front-rear direction (that is, in the Y-axis direction) with the rotation axis facing the Y-axis direction and the rail ring R sandwiched between them, and are arranged coaxially.
  • One shaft 321 is rotatably supported by a front bearing 322, and the other shaft 321 is rotatably supported by a rear bearing 322.
  • the shaft 321 is a flanged shaft provided with a flange for attaching the rail ring R at one end thereof, and is coaxially attached to both side surfaces of the rail ring R one by one by bolts so as to be removable.
  • a driven pulley 312 of the first belt mechanism portion 31 is attached to the other end of the front shaft 321. Further, one end of the shaft 33 is connected to the other end of the rear shaft 321. The other end of the shaft 33 is connected to the input shaft 342a of the gearbox 34.
  • a part of the power transmitted to the rail wheel support part 32 by the first belt mechanism part 31 is given to the rail wheel R, and the rest is given to the shaft 33 (and the shaft 33, the torque generator 20 and the second transmission part).
  • the rail wheel support portion 32 (specifically, the shaft 321) tests the power transmitted by the first electric motor 12 and the first belt mechanism portion 31 with the rail wheel R and the shaft 33 (finally). It functions as a power distribution means for distributing to the wheel W).
  • the coupling structure between the shaft 321 and the rail ring R is not limited to the coupling by the flange, but is another coupling structure such as a structure in which the shaft 321 is fitted into the through hole provided in the center of the rail ring R. May be good.
  • the rail wheel support portion 32 includes a rotary encoder 323 (rotation speed detecting means) for detecting the rotation speed of the rail wheel R.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the gearbox 34 and its periphery cut in a horizontal plane.
  • the gearbox 34 is a first gear 342 (input) rotatably supported by a case 341, a pair of first bearings 343 and a second bearing 345 attached to the case 341, and a pair of first bearings 343.
  • a side gear) and a second gear 344 (output side gear) rotatably supported by a pair of second bearings 345.
  • the first gear 342 and the second gear 344 are arranged side by side in the X-axis direction so that the rotation axes are directed in the Y-axis direction and the teeth mesh with each other, and are housed in the case 341.
  • One end of the first gear 342 is an input shaft 342a of the gearbox 34 and is connected to the other end of the shaft 33.
  • the flange formed at one end of the second gear 344 is the output shaft 344a of the gearbox 34, and is connected to the flange (input shaft 211b) formed at one end of the casing 21 described later in the torque generator 20. There is.
  • the second gear 344 is formed with a columnar through hole 344b having a rotation axis as the center line.
  • the output shaft 24 described later of the torque generator 20 is inserted into the through hole 344b from one end of the second gear 344 (the left end in FIG. 5, that is, the tip of the output shaft 344a) and penetrates the second gear 344. , Its tip protrudes from the other end of the second gear 344.
  • the number of teeth of the first gear 342 and the second gear 344 are the same, and the gear ratio of the gearbox 34 is 1.
  • the gear ratio of the gearbox 34 may be set to a value other than 1 as long as the test wheel W and the rail wheel R are rotated in opposite directions at substantially the same peripheral speed.
  • the transmission from the shaft 33 to the torque generator 20 is not limited to the gear transmission, and another transmission method such as a belt transmission or a winding transmission such as a chain transmission may be used.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the torque generator 20, the gearbox 34, and its periphery cut in a plane perpendicular to the X-axis direction.
  • the torque generator 20 includes a main body 20A (rotating part) that is rotationally driven by the rotary driving device 10 and a pair of bearing units 25 and 26 that rotatably support the main body 20A.
  • the main body 20A includes a substantially cylindrical casing 21 (rotary frame) supported by bearing units 25 and 26, a second electric motor 22 and a speed reducer 23 attached to the casing 21, and an output shaft 24.
  • the output shaft 24 is arranged coaxially with the casing 21.
  • the shaft 221 and the rotor 222 (rotor) described later of the second motor 22 may be arranged coaxially with the casing 21.
  • the second electric motor 22 of the present embodiment is an AC servo motor
  • another type of electric motor capable of controlling the drive amount (rotation angle) such as a DC servo motor or a stepping motor is used as the second electric motor 22.
  • the second electric motor 22 has a moment of inertia of 0.01 kg ⁇ m 2 or less (more preferably 0.008 kg ⁇ m 2 or less) and a rated output of 3 kW to 60 kW (more practical).
  • An ultra-low moment of inertia and high output type AC servomotor (7 kW to 37 kW) is used. This makes it possible to generate abrupt torque fluctuations (for example, vibration torque having a high frequency exceeding 500 Hz or 1 kHz).
  • the casing 21 includes a substantially cylindrical first cylindrical portion 212 and a second cylindrical portion 214 (motor accommodating portion), a connecting portion 213 connecting the first cylindrical portion 212 and the second cylindrical portion 214, and a first cylindrical portion. It has a first shaft portion 211 connected to 212 and a second shaft portion 215 connected to a second cylindrical portion 214.
  • the first shaft portion 211, the first cylindrical portion 212, the connecting portion 213, the second cylindrical portion 214, and the second shaft portion 215 are all tubular members having hollow portions penetrating in the axial direction, and are coaxial in this order. They are connected to form a cylindrical casing 21.
  • the casing 21 is supported by the bearing unit 25 at the first shaft portion 211, and is supported by the bearing unit 26 at the second shaft portion 215.
  • the flange formed at the tip of the first shaft portion 211 is the input shaft 211b (FIG. 5) of the torque generator 20 and is connected to the output shaft 344a of the gearbox 34.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a schematic configuration of the second motor 22.
  • the second motor 22 includes a shaft 221, a rotor 222 composed of a permanent magnet or the like and integrally coupled with the shaft 221 and a tubular stator 223 (stator) having a coil 223a on the inner circumference, and a stator 223. Detects the angular position (phase) of a pair of flanges 224 and 226 attached to both ends of the magnet, a pair of bearings 225 and 227 attached to each of the flanges 224 and 226, and a shaft 221. It is equipped with a rotary encoder RE.
  • the shaft 221 is rotatably supported by a pair of bearings 225 and 227.
  • One end of the shaft 221 (the right end in FIG. 7) penetrates the flange 224 and the bearing 225 and projects outward to serve as the output shaft of the second motor 22.
  • the other end of the shaft 221 (the left end in FIG. 7) is connected to the rotary encoder RE.
  • the second electric motor 22 is housed in the hollow portion (section C1) of the second cylindrical portion 214 of the casing 21.
  • An inner flange portion 213a projecting to the inner circumference is formed at one end of the connecting portion 213 of the casing 21 (the left end portion in FIG. 6).
  • the stator 223 (FIG. 7) of the second motor 22 is fixed to the second cylindrical portion 214 via a plurality of rod-shaped connecting members 217 radially arranged around the rotation axis of the torque generator 20.
  • the connecting member 217 for example, stud bolts or full-threaded bolts having male threads formed at both ends are used.
  • the flange 224 (FIG. 7) of the second electric motor 22 is supported by the inner flange portion 213a of the connecting portion 213.
  • the speed reducer 23 is housed in a compartment C2 surrounded by a connecting portion 213 of the casing 21 and a first cylindrical portion 212.
  • the shaft 221 of the second motor 22 is connected to the input shaft 231 of the speed reducer 23, and the output shaft 24 of the torque generator 20 is connected to the output shaft 232 of the speed reducer 23.
  • the torque generator 20 may not be provided with the speed reducer 23, and the output shaft 24 may be directly connected to the shaft 221 of the second motor 22.
  • the case 233 of the speed reducer 23 is fixed to the other end of the connecting portion 213. That is, the flange 224 (FIG. 7) of the second motor 22 and the case 233 of the speed reducer 23 are integrally connected by a single cylindrical connecting portion 213. Therefore, the second motor 22 and the speed reducer 23 are integrally coupled with high rigidity, and it is difficult for a bending moment to be applied to the shaft 221. As a result, the friction that the shaft 221 receives from the bearings 225 and 227 (FIG. 7) is reduced, so that the accuracy of torque control by the torque generator 20 is improved.
  • the output shaft 24 of the torque generator 20 passes through the hollow portion of the first shaft portion 211 of the casing 21 and the gearbox 34 (specifically, the second gear 344) and projects rearward of the gearbox 34.
  • Bearings 211a and 344c that rotatably support the output shaft 24 are provided on the inner circumferences of the first shaft portion 211 of the casing 21 and the second gear 344 of the gearbox 34, respectively.
  • Two drive pulleys 411 of the second belt mechanism portion 41 which will be described later, are attached to the portion on the tip end side of the output shaft 24 protruding rearward from the gearbox 34. Further, the tip portion of the output shaft 24 is rotatably supported by the bearing unit 414 of the second belt mechanism portion 41.
  • a slip ring portion 27 is provided adjacent to the front of the bearing unit 26 (left side in FIG. 6).
  • the slip ring portion 27 is composed of a movable portion 27A that rotates together with the main body portion 20A of the torque generator 20 and a fixed portion 27B that is fixed to the base B.
  • the movable portion 27A is a ring support pipe 271 coaxially connected to the second shaft portion 215 of the torque generator 20, and a plurality of slip rings coaxially attached to the outer periphery of the ring support pipe 271 at intervals in the axial direction. It has 272.
  • the cable 228 of the second motor 22 of the torque generator 20 is passed through the second shaft portion 215 of the casing 21. Further, a plurality of electric wires constituting the cable 228 are passed through the hollow portion of the ring support tube 271 and connected to the corresponding slip ring 272, respectively.
  • the fixed portion 27B includes a brush support portion 274, a plurality of brushes 273 supported by the brush support portion 274, and a bearing portion 275 that rotatably supports the tip of the ring support tube 271.
  • the brushes 273 are arranged at intervals in the Y-axis direction so as to come into contact with the outer peripheral surface of the corresponding slip ring 272.
  • the brush 273 is wired and connected to a servo amplifier 22a or the like, which will be described later.
  • a rotary encoder 28 for detecting the rotation speed of the ring support pipe 271 (that is, the rotation speed of the casing 21 which is the input shaft of the torque generator 20) is attached to the bearing portion 275.
  • the second transmission unit 40 includes a second belt mechanism unit 41, a sliding constant velocity joint 42, and a wheel support unit 50.
  • the second belt mechanism unit 41 includes two sets of belt transmission units including a drive pulley 411, a driven pulley 412, and a belt 413, a bearing unit 414, a shaft 415, and a pair of bearing units 416.
  • the two drive pulleys 411 are attached to the tip side portions of the output shaft 24 of the torque generator 20 that penetrates the gearbox 34, respectively. Further, the bearing unit 414 rotatably supports the tip end portion of the output shaft 24.
  • An additional bearing unit 414 may be provided between the gearbox 34 and the drive pulley 411, and the tip of the output shaft 24 may be supported by a pair of bearing units 414. Further, in the present embodiment, the drive pulley 411 is directly attached to the output shaft 24 of the torque generator 20, but a shaft for supporting the drive pulley 411 is provided separately from the output shaft 24 and is connected to the output shaft 24. The shaft of the lever may be supported by the bearing unit 414.
  • the two driven pulleys 412 are attached to a shaft 415 rotatably supported by a pair of bearing units 416.
  • the belt 413 is wound around the corresponding drive pulley 411 and the driven pulley 412.
  • the belt 413 of this embodiment is a toothed belt having a core wire of a steel wire.
  • a belt having a core wire formed of so-called super fibers such as carbon fiber, aramid fiber, and ultra-high molecular weight polyethylene fiber may be used.
  • a lightweight and high-strength core wire such as a carbon core wire formed from carbon fiber, it is driven at high acceleration using a motor with a relatively low output (or a high driving force on the test wheel W). / Braking force can be applied), and the wheel test device 1 can be miniaturized.
  • the performance of the wheel test device 1 can be improved by using a lightweight (that is, low inertia) belt 413 having a core wire formed of so-called super fiber. ..
  • a general automobile or industrial timing belt may be used as the belt 413.
  • a flat belt or a V-belt may be used as the belt 413 instead of the toothed belt.
  • these belts that can be used for the belt 413 can also be used for the belt 313 of the first belt mechanism unit 31.
  • the second belt mechanism unit 41 of the present embodiment includes a pair of belt transmission units connected in parallel, but as a configuration including a single belt transmission unit or three or more belt transmission units connected in parallel. May be good.
  • the transmission from the torque generator 20 to the sliding constant velocity joint 42 is not limited to the belt transmission, but is another type of winding transmission such as chain transmission or wire transmission, or another transmission method such as gear transmission. May be used. Further, the torque generator 20 and the slide type constant velocity joint 42 are arranged side by side in a substantially linear shape (or a dogleg shape), and the output shaft 24 of the torque generator 20 and the input shaft of the slide type constant velocity joint 42 are arranged. May be directly connected.
  • the wheel support portion 50 is connected to the torque generator 20 via a sliding constant velocity joint 42. Specifically, one end (that is, the input shaft) of the sliding constant velocity joint 42 is connected to the shaft 415 of the second belt mechanism 41, and the other end (output shaft) of the sliding constant velocity joint 42 is a wheel. It is connected to a spindle 527, which will be described later, of the support portion 50.
  • the slide type constant velocity joint 42 is configured to be able to smoothly transmit rotation without rotation fluctuation regardless of the operating angle (that is, the angle formed by the input shaft and the output shaft). Further, the length (transmission distance) of the slide type constant velocity joint 42 in the axial direction is also variable.
  • the position of the spindle 527 is variably supported.
  • the sliding constant velocity joint 42 flexibly follows this change, it is possible to prevent a large strain from being applied to the spindle 527 and the shaft 415 (or the output shaft 24 of the torque generator 20), and the spindle 527 rotates smoothly. It becomes possible to convey. Further, by using the slide type constant velocity joint 42, it is possible to prevent the rotation speed transmitted to the spindle 527 from changing depending on the position of the spindle 527 (or the operating angle of the slide type constant velocity joint 42).
  • the wheel support portion 50 includes a fixed base 51, a main body portion 52 installed on the fixed base 51, and a wheel load imparting portion 53.
  • the main body 52 is mounted on the movable base 522, the pair of linear guides 521 that movably support the movable base 522 with respect to the fixed base 51 in the X-axis direction, and the movable base 522.
  • a rotation detector 526 that detects the rotation of the detection gear 525 is provided.
  • the linear guide 521 is a guideway type circulation type rolling bearing provided with a linear rail (guideway) and a carriage that can travel on the rail via a rolling element, but a linear guide of another type of linear guide mechanism is used. It may be used as 521.
  • the linear guide 521 constitutes a part of the wheel load applying portion 53.
  • the detection gear 525 and the rotation detector 526 constitute a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the spindle 527.
  • the support frame 523 has a support column 523a fixed to the movable base 522 and an arm 523b fixed to the support column 523a.
  • the support column 523a of the present embodiment is an L-shaped bracket, another form of support column 523a may be used. Further, the support column 523a and the arm 523b may be integrally formed.
  • the arm 523b is a substantially L-shaped structure when viewed from above, having a base portion 523b1 extending rearward from the upper portion of the support column 523a and a trunk portion 523b2 extending leftward from the rear end portion of the base portion 523b1.
  • a hollow portion penetrating in the Y-axis direction is formed at the tip of the trunk portion 523b2.
  • a drive shaft (specifically, a slide type constant velocity joint 42, a torque sensor 524, a detection gear 525, and a spindle 527 are connected) is passed through the hollow portion.
  • the bearing unit 528 is attached to the arm 523b. Specifically, the bearing unit 528 is attached to the front surface of the tip end portion of the trunk portion 523b2 with the rotation axis oriented in the Y-axis direction.
  • the bearing unit 528 is provided with a plurality of three-component force sensors 529 (tangential force detecting means, first lateral pressure detecting means) for detecting the force received from the spindle 527.
  • the 3-component force sensor 529 is a piezoelectric force sensor, another type of force sensor may be used as the 3-component force sensor 529.
  • the spindle 527 is connected to the output shaft of the sliding constant velocity joint 42 via the detection gear 525 and the torque sensor 524.
  • the detection gear 525 and the torque sensor 524 are housed in a hollow portion formed at the tip end portion of the trunk portion 523b2.
  • the test wheel W is attached to a mounting portion provided at the tip of the spindle 527.
  • the torque sensor 524 detects the torque applied to the spindle 527 (that is, applied to the test wheel W).
  • the rotation detector 526 is arranged so as to face the outer peripheral surface of the detection gear 525 and is fixed to the trunk portion 523b2 of the support frame 523.
  • the rotation detector 526 is, for example, a non-contact type rotation detector such as an optical type, an electromagnetic type, or a magnetic electric type, and detects a change in the angular position of the detection gear 525.
  • the wheel load applying portion 53 moves the main body portion 52 of the wheel support portion 50 in the X-axis direction and presses the test wheel W attached to the spindle 527 against the rail wheel R to apply a wheel load of a predetermined size. It is a mechanical part given to the test wheel W.
  • the wheel load imparting unit 53 includes a motor 531 and a motion converter 532 that converts the rotational motion of the motor 531 into a linear motion in the X-axis direction, and a wheel load detector 533 that detects the wheel load applied to the test wheel W (FIG. 10). ) Is provided.
  • the motor 531 is an AC servo motor, but another type of motor capable of controlling the drive amount (rotation angle) such as a DC servo motor or a stepping motor may be used as the motor 531.
  • the motion converter 532 of the present embodiment is a screw jack in which, for example, a speed reducer such as a worm gear device and a feed screw mechanism such as a ball screw are combined, but another type of motion converter may be used.
  • the linear motion unit 532a of the motion transducer 532 is fixed to the support frame 523 via the wheel load detector 533.
  • the support frame 523 and the spindle 527 supported by the support frame 523 move in the X-axis direction together with the linear motion unit 532a.
  • the test wheel W attached to the spindle 527 advances and retreats with respect to the rail wheel R.
  • the test wheel W moves to the rail. Pressed against the wheel R, the test wheel W is given a wheel load.
  • the wheel load detector 533 is a force sensor that detects a force in the X-axis direction (that is, wheel load) applied to the test wheel W via the support frame 523 and the spindle 527 by the wheel load applying portion 53.
  • the wheel load detector 533 of the present embodiment is a strain gauge type load cell, but another type of force sensor such as a piezoelectric force sensor may be used as the wheel load detector 533.
  • the control unit 70 which will be described later, controls the drive of the motor 531 so that the wheel load of a predetermined size is given to the test wheel W based on the detection result of the wheel load detector 533.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of the control system CS of the wheel test device 1.
  • the control system CS includes a control unit 70 that controls the operation of the entire wheel test device 1, a measurement unit 80 that performs various measurements based on signals from various detectors provided in the wheel test device 1, and an external device.
  • the interface unit 90 for inputting / outputting the above is provided.
  • the second electric motor 22 and the motor 531 are connected to the control unit 70 via the servo amplifiers 22a and 531a, respectively, and the first electric motor 12 is connected via the driver 12a (inverter circuit).
  • a rotary encoder 28, 323, a torque sensor 524, a three-component force sensor 259, and a wheel load detector 533 are connected to the measurement unit 80 via amplifiers 28a, 323a, 524a, 729a, and 533a, respectively.
  • FIG. 8 only one representative set of the plurality of sets of three-component force sensors 529 and the amplifier 529a provided in the wheel test device 1 is displayed.
  • the rotation detector 526 having a built-in amplifier circuit and analog-to-digital conversion circuit is directly connected to the measuring unit 80.
  • the measuring unit 80 measures the rotation speed of the rail wheel R based on the signal of the rotary encoder 323, measures the rotation speed of the input shaft (casing 21) of the torque generator 20 based on the signal of the rotary encoder 28, and rotates.
  • the rotation speed of the spindle 527 (that is, the rotation speed of the test wheel W) is measured based on the signal of the detector 526.
  • the measuring unit 80 measures the torque applied to the test wheel W based on the signal of the torque sensor 524, and the tangential force (vertical creep force) applied to the test wheel W based on the signals of the plurality of three component force sensors 529.
  • the lateral pressure (thrust load) is measured, and the wheel load is measured based on the signal of the wheel load detector 533.
  • the measuring unit 80 measures the rotation speed of the first rotation speed measuring means for measuring the rotation speed of the rail wheel R, the second rotation speed measuring means for measuring the rotation speed of the torque generator 20, and the rotation speed of the test wheel W.
  • Third rotation speed measuring means torque measuring means for measuring torque applied to test wheel W, tangential force measuring means for measuring tangential force applied to test wheel W, lateral pressure measurement for measuring lateral pressure applied to test wheel W It functions as a means and a wheel load measuring means for measuring the wheel load applied to the test wheel W.
  • the measurement unit 80 transmits these measured values to the control unit 70.
  • the wheel test device 1 of the present embodiment is a relatively versatile device, it is provided with many measuring means and corresponding detecting means, and the wheel testing device 1 is a device of these measuring means and detecting means. It is not necessary to provide all of them, and it is sufficient to provide one or more sets of measuring means and detecting means which are appropriately selected according to the matters to be examined by the test.
  • phase information of the shaft detected by the rotary encoder RE built in each servo motor (second electric motor 22, motor 531) is input to the control unit 70 via the corresponding servo amplifiers 22a and 513a.
  • the interface unit 90 is, for example, a user interface for input / output with a user, a network interface for connecting to various networks such as LAN (Local Area Network), and a USB (USB) for connecting to an external device. It is equipped with one or more of various communication interfaces such as Universal Serial Bus) and GPIB (General Purpose Interface Bus).
  • the user interface includes, for example, various operation switches, displays, various display devices such as LCD (liquid crystal display), various pointing devices such as a mouse and a touch pad, a touch screen, a video camera, a printer, a scanner, a buzzer, and a speaker. Includes one or more of various input / output devices such as microphones, memory card readers and writers.
  • the control unit 70 determines the rail wheel R based on the setting data of the rotation speed (or peripheral speed) of the rail wheel R input via the interface unit 90 and the measurement result of the rotation speed of the rail wheel R by the measurement unit 80.
  • the drive of the first electric motor 12 is controlled so as to rotate at the set rotation speed.
  • the control unit 70 controls the wheel load so that the set wheel load is given to the test wheel W based on the wheel load setting data input via the interface unit 90 and the wheel load measurement result by the measurement unit 80. It controls the drive of the motor 531 of the imparting unit 53.
  • the control unit 70 is set so that the set torque is applied to the test wheel W based on the torque setting data of the test wheel W input via the interface unit 90 and the measurement result of the torque of the test wheel W by the measurement unit 80.
  • the drive of the second electric motor 22 of the torque generator 20 is controlled.
  • the control unit 70 drives the motor 531 of the wheel load imparting unit 53 with the rail wheel R and the test wheel W attached to the wheel test device 1, and brings the test wheel W closer to the rail wheel R.
  • the test wheels W are brought into contact with each other and the set wheel load is given to the test wheel W.
  • the wheel load setting value a constant value or a variable value that fluctuates with time can be set.
  • the control unit 70 drives the first electric motor 12 of the rotation drive device 10 so that the rail wheel R rotates at a set rotation speed.
  • a constant value or a variable value that fluctuates with time can be set.
  • the control unit 70 controls the second electric motor 22 so that the torque of the test wheel W becomes zero (no load) until the rotation speed of the rail wheel R reaches the set value.
  • the control unit 70 controls the drive of the second electric motor 22 of the torque generator 20 so that the set torque is applied to the test wheel W.
  • the set value of the torque of the test wheel W a constant value or a variable value that fluctuates with time can be set.
  • the drive of the second electric motor 22 may be controlled so that the torque set in the test wheel W is applied from the start of the rotary drive of the rail wheel R.
  • the control unit 70 continuously measures the rotation speed of the rail wheel R, the torque of the test wheel W, the tangential force, the lateral pressure, and the wheel load for a predetermined time (test time), and the rail.
  • the wheel R and the test wheel W are rotated.
  • the control unit 70 can access each measured value in association with the measurement time by the storage device 71 of the control unit 70 (or, for example, the control unit 70 such as a server connected to the control unit 70 via a LAN). Save in a storage means).
  • the control unit 70 controls the drive of the second motor 22 of the torque generator 20 so that the torque of the test wheel W becomes zero after a lapse of a predetermined time.
  • the control unit 70 controls the first electric motor 12 of the rotation drive device 10 to gradually reduce the rotation speed of the rail wheel R to stop the rotation, and then causes the motor 531 of the wheel load imparting unit 53. It is driven to separate the test wheel W from the rail wheel R by a predetermined distance, and the test is completed.
  • test procedure is only an example of a test procedure that can be performed using the wheel test device 1, and it is possible to perform a test using various other test procedures.
  • FIG. 9 is a plan view showing a schematic configuration of the wheel test device 1000 according to the second embodiment of the present invention. Further, FIG. 10 is a front view showing a schematic configuration of the wheel test device 1000.
  • the wheel test device 1000 includes a wheel support portion 1500 in which a lateral pressure applying function, an attack angle applying function, and a cant angle applying function are added to the wheel support portion 50 of the first embodiment.
  • the wheel support portion 1500 of the wheel test device 1000 includes a lateral pressure applying portion 54, a cant angle imparting portion 55, and an attack angle imparting portion 56 in addition to the wheel load applying portion 53. Further, as shown in FIG. 10, the wheel support portion 1500 includes three movable bases (first movable base 522A, second movable base 522B, and third movable base 522C).
  • the lateral pressure applying portion 54 is a mechanical portion that applies lateral pressure (thrust load) to the test wheel W.
  • the lateral pressure includes a lateral creep force (an axial component of the test wheel W of the adhesive force) and a flange reaction force (an action caused by contact between the flange of the test wheel W and the gauge corner of the rail wheel R). , The latter flange reaction force is applied (or adjusted to a predetermined value) by the lateral pressure applying portion 54.
  • the lateral pressure applying portion 54 is attached to the base B together with a plurality of (for example, three) linear guides 541 that movably support the first movable base 522A with respect to the fixed base 51 and the fixed base 51.
  • a motor 542 (FIG. 9), a motion converter 543 (FIG. 9) that converts the rotational motion of the motor 542 into a linear motion in the Y-axis direction, and a lateral pressure detector 544 (FIG. 9) that detects the lateral pressure applied to the test wheel W. 9) is provided.
  • the linear guide 541 is a guideway type circulating rolling bearing having the same configuration as the linear guide 521, but another type of linear guide mechanism may be used as the linear guide 541.
  • the lateral pressure detector 544 (second lateral pressure detecting means) is used to detect the lateral pressure when the flange reaction force is applied, and the three component force when the flange reaction force is not applied.
  • a sensor 529 (first lateral pressure detecting means) is used to detect the lateral pressure. Even when the flange reaction force is applied to the wheel test device 1000 without providing the lateral pressure detector 544, the lateral pressure may be detected by using the three-component force sensor 529. Further, even when the flange reaction force is not applied, the lateral pressure detector 544 may be used to detect the lateral pressure. Further, while detecting the static lateral pressure (mainly the flange reaction force) using the lateral pressure detector 544, the dynamic lateral pressure (mainly the lateral creep force) is detected using the 3-component force sensor 529. It may be configured.
  • the motor 542 of this embodiment is an AC servo motor, but another type of motor capable of controlling the drive amount (rotation angle) such as a DC servo motor or a stepping motor may be used as the motor 542.
  • the motion transducer 543 of the present embodiment is a feed screw mechanism such as a ball screw, but a motion transducer of another type may be used.
  • the screw shaft of the motion transducer 543 is rotatably supported by a pair of bearings attached to the fixed base 51, one end of which is connected to the shaft of the motor 542.
  • the nut (linear motion portion) of the motion transducer 543 is fixed to the first movable base 522A via the lateral pressure detector 544.
  • the screw shaft of the motion transducer 543 is rotated by the motor 542, the first movable base 522A moves in the Y-axis direction together with the nut of the motion transducer 543.
  • the test wheel W supported by the first movable base 522A also moves in the Y-axis direction, and the position of the test wheel W with respect to the rail wheel R in the axial direction changes.
  • a flange reaction force is applied to the test wheel W.
  • the magnitude of the flange reaction force changes depending on the position of the test wheel W in the Y-axis direction.
  • the motor 542 is connected to the control unit 70 via the servo amplifier 542a.
  • the lateral pressure detector 544 is connected to the measuring unit 80 via the amplifier 544a.
  • the phase information of the shaft detected by the rotary encoder RE built in the motor 542 is input to the control unit 70 via the servo amplifier 542a.
  • the measuring unit 80 measures the lateral pressure applied to the test wheel W based on the signal of the lateral pressure detector 544.
  • the control unit 70 of the motor 542 so that the set lateral pressure is applied to the test wheel W based on the lateral pressure setting data input via the interface unit 90 and the lateral pressure measurement result by the measuring unit 80. Control the drive.
  • the cant angle imparting unit 55 is a mechanical unit having a function of imparting a cant angle to the test wheel W. As shown in FIG. 10, the cant angle imparting portion 55 rotatably supports a vertically extending swivel support shaft 551 and a swivel support shaft 551 attached to one of the first movable base 522A and the second movable base 522B.
  • the bearing 552 attached to the other of the first movable base 522A and the second movable base 522B is provided.
  • the second movable base 522B is rotatably supported by a swivel support shaft 551 and a bearing 552 about a rotation shaft A1 of the bearing 552 which is a vertical line.
  • the bearing 552 is arranged substantially directly below the contact position P so that the rotation shaft A1 passes through the contact position P (the right end of the rail wheel R in the present embodiment) in which the test wheel W contacts the rail wheel R.
  • the rotating shaft A1 is a tangent to the rail wheel R and the test wheel W at the contact position P. Therefore, when the second movable base 522B rotates around the rotation axis A1, the test wheel W turns around the Z axis with the contact position P as a fulcrum (in other words, around the common tangent line of the test wheel W and the rail wheel R).
  • the inclination that is, the cant angle
  • the cant angle imparting portion 55 includes a curve guide 553 that rotatably supports the second movable base 522B with respect to the first movable base 522A at an outer peripheral portion away from the rotating shaft A1. ..
  • the curved guide 553 is a guideway type circulating rolling bearing provided with a curved rail (guideway) and a carriage that can travel on the rail via a rolling element, but a curved guide of another type is used as a curved guide. It may be used as 553.
  • the cant angle imparting unit 55 includes a motor 554 (FIG. 9) and a motion converter 555 that converts the rotational motion of the motor 554 into a linear motion in the Y-axis direction.
  • the motor 554 of the present embodiment is an AC servo motor, but another type of motor capable of controlling the drive amount (rotation angle) such as a DC servo motor or a stepping motor may be used as the motor 554.
  • the motion transducer 555 of the present embodiment is a feed screw mechanism such as a ball screw, another motion transducer may be used.
  • the screw shaft 555a of the motion transducer 555 is rotatably supported by a pair of bearings, and one end thereof is connected to the shaft of the motor 554.
  • the bearing that supports the screw shaft 555a is not shown.
  • the pair of bearings of the motor 554 and the motion transducer 555 are mounted on a rotary table (not shown) that is rotatable around a vertical axis and is installed on the first movable base 522A.
  • the motor 554 is arranged so that its axis intersects the axis of rotation of the turntable perpendicularly.
  • the nut 555b (linear motion portion) of the motion transducer 555 is rotatably connected to the second movable base 522B via a hinge 556 around a vertical axis.
  • the hinge 556 attached to the second movable base 522B moves in the substantially Y-axis direction together with the nut 555b.
  • the second movable base 522B rotates about the rotation axis A1, and the test wheel W supported by the second movable base 522B turns around the contact position P as a fulcrum, and the cant angle changes.
  • the motor 554 is connected to the control unit 70 via the servo amplifier 554a.
  • the phase information of the shaft detected by the rotary encoder RE built in the motor 554 is input to the control unit 70 via the servo amplifier 554a.
  • the control unit 70 calculates the current value of the cant angle based on the signal of the rotary encoder RE built in the motor 554.
  • the control unit 70 controls the drive of the motor 554 so that the set cant angle is given to the test wheel W based on the cant angle setting data and the current value input via the interface unit 90.
  • the attack angle imparting unit 56 is a mechanical unit having a function of imparting an attack angle to the test wheel W.
  • the attack angle is the angle formed by the rail and the wheel, and more specifically, the angle formed by the width direction of the rail (sleeper direction) and the axial direction of the wheel around the vertical axis (that is, the angle in the yawing direction).
  • the attack angle is defined as the angle formed by the rotation axis of the rail wheel R and the rotation axis of the test wheel W around the X axis.
  • the support frame 1523 of the wheel support portion 1500 of the present embodiment rotates about a box-shaped support column 1523a fixed to the third movable base 522C and a rotation axis A2 extending in the X-axis direction. It is optionally provided with an arm 1523b connected to a column 1523a.
  • the arm 1523b is a substantially L-shaped member when viewed from above like the arm 523b of the first embodiment, and has a base portion 1523b1 connected to the upper portion of the support column 1523a and extending in the Y-axis direction, and a rear end portion of the base portion 1523b1. It has a trunk 1523b2 extending from to the left.
  • the swivel support shaft 561 protrudes in the X-axis direction from the right end of the base portion 1523b1. Further, a bearing 562 that rotatably supports the swivel support shaft 561 is attached to the upper portion of the support column 1523a. The arm 1523b is rotatably supported by a bearing 562 via a swivel support shaft 561 about a rotation shaft A2 extending in the Y-axis direction. The bearing 562 is arranged so that the rotating shaft A2 passes through the contact position P. That is, the rotation axis A2 is a straight line that vertically passes through the tread surface of the test wheel W. The swivel support shaft 561 and the bearing 562 form a part of the attack angle imparting portion 56.
  • the attack angle imparting unit 56 includes a motor 564 and a motion converter 563 that converts the rotational motion of the motor 564 into a linear motion in the Z-axis direction.
  • the motor 564 of the present embodiment is an AC servo motor, but another type of motor capable of controlling the drive amount (rotation angle) such as a DC servo motor or a stepping motor may be used as the motor 564.
  • the motion transducer 563 of the present embodiment is a feed screw mechanism such as a ball screw, another motion transducer may be used.
  • the screw shaft of the motion transducer 563 is rotatably supported by a pair of bearings, and one end thereof is connected to the shaft of the motor 564 via a bevel gear.
  • the screw shaft of the motion transducer 563 may be directly connected to the shaft of the motor 564.
  • the motor 564 and the motion converter 563 are connected to the third movable base 522C so as to be able to rotate (that is, swing) within a certain angle range around the rotation axis of the hinge via a hinge having a rotation axis extending in the X-axis direction. It is attached to the swing frame.
  • the nut (linear motion portion) of the motion converter 563 is swingably connected to the arm 1523b of the support frame 1523 about the rotation axis of the hinge via a hinge having a rotation axis extending in the X-axis direction. ..
  • the hinge attached to the arm 1523b together with the nut moves in the substantially Z-axis direction.
  • the test wheel W supported by the arm 1523b together with the arm 1523b rotates around the rotation axis A2 (in other words, a straight line perpendicular to the tread of the test wheel) passing through the contact position P, and an attack angle is given.
  • NS rotation axis A2
  • the motor 564 is connected to the control unit 70 via the servo amplifier 564a.
  • the phase information of the shaft detected by the rotary encoder RE built in the motor 564 is input to the control unit 70 via the servo amplifier 564a.
  • the control unit 70 calculates the current value of the attack angle based on the signal of the rotary encoder RE built in the motor 564.
  • the control unit 70 controls the drive of the motor 564 so that the set attack angle is given to the test wheel W based on the attack angle setting data and the current value input via the interface unit 90.
  • the linear motion portion 532a of the motion transducer 532 of the wheel load imparting section 53 is fixed to the support column 1523a of the support frame 1523 via the wheel load detector 533. Further, the linear motion portion 532a of the motion converter 532 is arranged so that the center line coincides with the rotation axis A2. This prevents a large moment of force from being applied to the support frame 1523 when applying the wheel load.
  • an embodiment of the present application also includes a configuration of an embodiment or the like exemplified in the present specification, a configuration of an embodiment or the like that is obvious to those skilled in the art from the description in the present specification, and / or a configuration in which well-known techniques are appropriately combined. include.
  • the wheel load applying portion 53 is provided on the wheel support portion 50, and the wheel load is adjusted by moving the test wheel W forward and backward with respect to the rail wheel R. It is not limited to this configuration.
  • a wheel load imparting portion may be provided on the rail wheel support portion, and the rail load may be adjusted by advancing and retreating the rail wheel R with respect to the test wheel W.
  • the rail wheel R is connected to the rotary drive device 10 without the torque generator 20, and the test wheel W is connected to the rotary drive device 10 via the torque generator 20.
  • the rail wheel R may be connected to the rotation drive device 10 via the torque generator 20, and the test wheel W may be connected to the rotation drive device 10 without the torque generator 20.
  • two torque generators 20 are provided, the rail wheel R is connected to the rotation drive device 10 via one torque generator 20, and the test wheel W is connected to the rotation drive device 10 via the other torque generator 20. It may be configured to be connected to.
  • the wheel support portion 50 is provided with a plurality of three-component force sensors, and the measuring unit 80 measures the torque and wheel load applied to the test wheel W based on the detection results of the plurality of three-component force sensors.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the torque and the wheel load may be measured based on the detection results of a plurality of two-component force sensors or one-component force sensors.
  • the function of the power distribution means is incorporated in the rail wheel support portion 32, but the power distribution means may be separated from the rail wheel support portion 32.
  • the first transmission unit 30 is not connected to the rail wheel support portion 32, and the rotation drive device 10 and the first transmission unit 30 are connected via additional power transmission means (for example, winding transmission or gear transmission). be able to.
  • additional power transmission means for example, winding transmission or gear transmission.
  • the shaft of the drive pulley 311 of the first belt mechanism 31 and the rotary drive device 10 to which the pulleys and gears of the additional power transmission means are attached function as the power distribution means.
  • the fixed base 51 and the spindle 527 are connected to each other via the lateral pressure applying portion 54, the cant angle applying portion 55, the wheel load applying portion 53, and the attack angle applying portion 56 in this order.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the lateral pressure applying portion 54, the cant angle applying portion 55, the wheel load applying portion 53, and the attack angle applying portion 56 may be connected in any order.

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Abstract

本発明の一実施形態によれば、軌条輪を回転可能に支持する軌条輪支持部と、試験輪を軌条輪に接触した状態で回転可能に支持する車輪支持部と、軌条輪及び試験輪を回転させる第１電動機と、試験輪に与えるトルクを発生するトルク発生装置と、を備え、トルク発生装置が、回転駆動装置によって回転駆動される回転フレームと、回転フレームに取り付けられた第２電動機と、を備え、軌条輪及び試験輪の少なくとも一方が、トルク発生装置を介して第１電動機に接続された、車輪試験装置が提供される。

Description

車輪試験装置
　本発明は、車輪試験装置に関する。
　鉄道車両の走行時のレールと車輪との相互作用を模擬的に調べるための試験装置が知られている。例えば、特開２００７－２７１４４７号公報（特許文献１）には、外周部がレールを模擬した断面形状を有する円盤状部材である軌条輪に車輪を押し付けた状態で両者を回転させることで鉄道車両の走行状態を模擬した試験を行うことが可能な試験装置が記載されている。
　特許文献１に記載の試験装置は、単一の電動機によって駆動されるため、車輪を高速で回転させながら大きなトルクを与える試験を行う場合は、大容量の電動機を使用することが必要になり、試験時の電力消費量が膨大になるという問題がある。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、車輪試験装置の電力消費量を低減することを目的とする。
　本発明の一実施形態によれば、軌条輪を回転可能に支持する軌条輪支持部と、試験輪を軌条輪に接触した状態で回転可能に支持する車輪支持部と、軌条輪及び試験輪を回転させる第１電動機と、試験輪に与えるトルクを発生するトルク発生装置と、を備え、トルク発生装置が、回転駆動装置によって回転駆動される回転フレームと、回転フレームに取り付けられた第２電動機と、を備え、軌条輪及び試験輪の少なくとも一方が、トルク発生装置を介して第１電動機に接続された、車輪試験装置が提供される。
　上記の車輪試験装置において、第１電動機が発生した動力を軌条輪と試験輪とに分配する動力分配手段を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、第２電動機の作動が停止しているときに、軌条輪及び試験輪が逆回りに略同じ周速で回転する構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、トルク発生装置が、回転フレームと同軸に配置された出力軸を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、トルク発生装置が、回転フレームを回転可能に支持する軸受ユニットを備え、回転フレームが、軸受ユニットに支持される筒状の軸部を有し、軸部の内周に軸受が設けられ、出力軸が、軸部の中空部に通され、軸受によって回転可能に支持された構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、第１電動機が回転フレームと同軸に配置された構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、第２電動機が、回転フレームの回転軸を中心に放射状に配置された複数の棒状の連結部材を介して回転フレームに固定された構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、回転フレームが、第２電動機を収容する筒状のモーター収容部を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、第１電動機及び第２電動機を制御する制御部と、軌条輪の回転数を計測する回転数計測手段と、試験輪のトルクを計測するトルク計測手段と、を備え、制御部が、回転数計測手段の計測結果に基づいて第１電動機の駆動を制御し、トルク計測手段の計測結果に基づいて第２電動機の駆動を制御する構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、試験輪及び軌条輪の一方を他方に対して進退させることによって試験輪に輪重を付与する輪重付与部を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、試験輪及び軌条輪の一方を他方に対して試験輪の踏面に垂直な直線の回りに回転移動させることによりアタック角を付与するアタック角付与部を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、試験輪及び軌条輪の一方を他方に対して接線の回りに回転移動させることによりカント角を付与するカント角付与部を備えた構成としてもよい。
　上記の車輪試験装置において、試験輪及び軌条輪の一方を他方に対して軸方向に移動させることにより試験輪に横圧を付与する横圧付与部を備えた構成としてもよい。
　本発明の一実施形態によれば、車輪試験装置の電力消費量の低減が可能になる。
本発明の第１実施形態に係る車輪試験装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る車輪試験装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る車輪試験装置の平面図である。 駆動システムの概略構成を示すブロック図である。 ギアボックスの概略構成を示す断面図である。 トルク発生装置及びその周辺の概略構成を示す断面図である。 第２電動機の概略構成を示す断面図である。 制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置の概略構成を示す正面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する事項については、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、符号が共通する事項が複数表示される場合は、必ずしもそれらの複数の表示の全てに符号を付さず、それらの複数の表示の一部について符号の付与を適宜省略する。
（第１実施形態）
　図１及び図２は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る車輪試験装置１の斜視図である。図１は正面側から見た図であり、図２は背面側から見た図である。図３は、車輪試験装置１の平面図である。
　図１において、座標軸で示されるように、右下から左上に向かう方向をＸ軸方向、右上から左下に向かう方向をＹ軸方向、下から上に向かう方向をＺ軸方向と定義する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は互いに直交する水平方向であり、Ｚ軸方向は鉛直方向である。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の各方向に延びる任意の直線を、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸と呼ぶ。また、Ｘ軸正方向を左方、Ｘ軸負方向を右方、Ｙ軸正方向を前方、Ｙ軸負方向を後方、Ｚ軸正方向を上方、Ｚ軸負方向を下方と呼ぶ。
　車輪試験装置１は、鉄道車両の走行時に生じるレールと車輪の相互作用を模擬的に再現して、例えばレール－車輪間の粘着力特性等の評価を行うことが可能な装置である。本実施形態では、外周部がレール頭部を模した断面形状を有する軌条輪Ｒが使用され、試験用の車輪（以下「試験輪Ｗ」という。）を軌条輪Ｒに押し付けた状態で両者を回転させることによって、鉄道車両の走行時のレールと車輪との相互作用が模擬的に再現される。
　車輪試験装置１は、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗを駆動する駆動システムＤＳを備えている。図４は、駆動システムＤＳの概略構成を示すブロック図である。駆動システムＤＳは、機械的動力（以下、単に「動力」という。）を発生する発動部ＡＳと、発動部ＡＳが発生した動力を駆動対象である軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗに伝える伝動部ＴＳとを含み、後述するように軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗと共に動力循環系を構成する。
　発動部ＡＳは、駆動対象の回転速度を制御可能な回転駆動装置１０（速度制御用駆動装置）と、駆動対象に与えるトルクを制御可能なトルク発生装置２０（トルク制御用駆動装置）とを含む。本実施形態の駆動システムＤＳは、駆動制御を速度制御とトルク制御とに分けて、速度制御とトルク制御をそれぞれ専用の駆動装置が分担する構成を採用することにより、比較的に容量の小さな原動機を使用しながらも高速（或いは大加速度）かつ大トルクの駆動が可能になっている。また、駆動システムＤＳは、動力循環系を採用することにより、従来の装置よりも高いエネルギー利用効率を実現する。
　伝動部ＴＳには、第１伝動部３０及び第２伝動部４０が含まれる。また、トルク発生装置２０も伝動部ＴＳの一部を構成する。第１伝動部３０は、回転駆動装置１０から出力される回転を軌条輪Ｒ及びトルク発生装置２０に伝達する。トルク発生装置２０は、回転駆動装置１０から伝達された動力にトルク発生装置２０自体が発生する動力を加えて出力する。第２伝動部４０は、トルク発生装置２０の出力を試験輪Ｗに伝達する。
　軌条輪Ｒと試験輪Ｗは、回転軸を互いに平行に向けて、径方向に並ぶように、車輪試験装置１に取り付けられる。試験を行う際は、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに押し付けられて、試験輪Ｗの外周面（踏面）が軌条輪Ｒの外周面（頭頂面）に接触した状態で、試験輪Ｗと軌条輪Ｒが互いに逆回りに略同じ周速（すなわち、外周面の線速度）で回転駆動される。このとき、伝動部ＴＳは、試験輪Ｗ及び軌条輪Ｒと共に、動力循環系（すなわち動力伝達軸のループ）を構成する。トルク発生装置２０は、入力軸（第１伝動部３０）と出力軸（第２伝動部４０）との間に位相差を与えることにより、動力循環系にトルクを与える。車輪試験装置１は、動力循環方式を採用することにより、発生した動力を殆ど吸収することなく試験輪Ｗにトルク（或いは接線力）を与えることが可能となるため、比較的に少ない消費エネルギーで動作することができる。
　なお、本実施形態の第１伝動部３０は、トルク発生装置２０（具体的には、後述する第２電動機２２）の作動が停止した状態において、軌条輪Ｒと試験輪Ｗが互いに逆回りに同じ周速で回転駆動されるように構成されている。なお、トルク発生装置２０の作動が停止した状態において軌条輪Ｒと試験輪Ｗに周速差が生じる構成としてもよい。しかし、この場合には、周速差を補償するためにトルク発生装置２０の作動量が増えるため、エネルギー消費量が増加する。また、本実施形態の第１伝動部３０は、軌条輪Ｒとトルク発生装置２０が同じ回転数で回転駆動されるように構成されているが、軌条輪Ｒと試験輪Ｗとを略同じ周速で回転駆動させる構成であれば、軌条輪Ｒとトルク発生装置２０とを異なる回転数で回転させる構成としてもよい。
　図１－３に示されるように、回転駆動装置１０は、張力調整台１１と、張力調整台１１の上に設置された第１電動機１２（速度制御用モーター）を備えている。本実施形態の第１電動機１２は、インバーターによって駆動が制御される所謂インバーターモーターであるが、例えば、サーボモーターやステッピングモーター等の回転数の制御が可能な別の種類のモーターを第１電動機１２に使用してもよい。また、回転駆動装置１０は、第１電動機１２から出力される回転を減速する減速機を備えていてもよい。張力調整台１１については後述する。
　第１伝動部３０は、第１ベルト機構部３１、軌条輪支持部３２、シャフト３３及びギアボックス３４（歯車装置）を備えている。
　図１に示されるように、第１ベルト機構部３１は、回転駆動装置１０によって駆動される駆動プーリー３１１と、軌条輪支持部３２の入力軸（後述するシャフト３２１の一方）に取り付けられた従動プーリー３１２と、駆動プーリー３１１と従動プーリー３１２に巻き掛けられたベルト３１３を備えている。
　回転駆動装置１０から出力される回転は、第１伝動部３０の第１ベルト機構部３１によって、軌条輪支持部３２に伝達される。
　本実施形態のベルト３１３は、幅方向に並ぶ複数のＶ字状のリブを有するＶリブドベルトであるが、例えば、台形の断面形状を有するＶベルト、歯付きベルト、平ベルト、丸ベルト等の別の種類のベルトであってもよい。
　本実施形態の第１ベルト機構部３１は、駆動プーリー３１１、従動プーリー３１２及びベルト３１３から構成される単一のベルト伝動ユニットを備えているが、並列又は直列に接続された２つ以上のベルト伝動ユニットを備えた構成としてもよい。
　また、回転駆動装置１０から軌条輪支持部３２への伝動には、ベルト伝動に限らず、チェーン伝動やワイヤ伝動等の別の種類の巻掛け伝動、或いは、歯車伝動等の別の伝動方式を使用してもよい。また、回転駆動装置１０と軌条輪支持部３２とを同軸に（すなわち、回転軸又は中心線が一致するように）配置して、回転駆動装置１０の出力軸と軌条輪支持部３２の入力軸とを直結する構成としてもよい。
　ここで、回転駆動装置１０の張力調整台１１について説明する。図２に示されるように、張力調整台１１は、ベースＢに固定された固定フレーム１１１と、回転駆動装置１０が取り付けられる可動フレーム１１２を備えている。可動フレーム１１２は、右端部において、Ｙ軸方向に延びるロッド１１４Ｒを介して固定フレーム１１１に旋回可能に連結されていて、Ｙ軸回りの傾きが調整可能になっている。可動フレーム１１２の傾きを変えることにより、駆動プーリー３１１（図１）と従動プーリー３１２との距離を変化させ、これにより、駆動プーリー３１１と従動プーリー３１２に巻き掛けられたベルト３１３の張力を調整することが可能になっている。
　図２及び図３に示されるように、軌条輪支持部３２は、軸受３２２及びシャフト３２１を１対ずつ備えている。１対の軸受３２２は、回転軸をＹ軸方向に向けて、軌条輪Ｒを間に挟んで前後（すなわち、Ｙ軸方向）に並べられ、同軸に配置されている。
　一方のシャフト３２１は前方の軸受３２２により、また、他方のシャフト３２１は後方の軸受３２２により、それぞれ回転可能に支持されている。シャフト３２１は、その一端部に軌条輪Ｒを取り付けるためのフランジが設けられたフランジ付きシャフトであり、軌条輪Ｒの両側面に１つずつボルトにより取り外し可能に同軸に取り付けられている。
　前方のシャフト３２１の他端部には、第１ベルト機構部３１の従動プーリー３１２が取り付けられている。また、後方のシャフト３２１の他端部には、シャフト３３の一端部が接続されている。シャフト３３の他端部は、ギアボックス３４の入力軸３４２ａに接続されている。
　第１ベルト機構部３１によって軌条輪支持部３２に伝達された動力は、その一部が軌条輪Ｒに与えられ、残りがシャフト３３に（そして、シャフト３３、トルク発生装置２０及び第２伝動部４０を介して試験輪Ｗに）与えられる。すなわち、軌条輪支持部３２（具体的には、シャフト３２１）は、第１電動機１２が発生して第１ベルト機構部３１によって伝達された動力を軌条輪Ｒとシャフト３３（最終的には試験輪Ｗ）とに分配する動力分配手段として機能する。
　なお、シャフト３２１と軌条輪Ｒとの結合構造は、フランジによる結合に限らず、例えば軌条輪Ｒの中心に設けられた貫通穴にシャフト３２１を嵌合させる構造等、別の結合構造であってもよい。
　また、軌条輪支持部３２は、図３に示されるように、軌条輪Ｒの回転数を検出するロータリーエンコーダー３２３（回転数検出手段）を備えている。
　図５は、ギアボックス３４及びその周辺を水平面で切断した概略断面図である。ギアボックス３４は、ケース３４１と、ケース３４１に取り付けられた各１対の第１軸受３４３及び第２軸受３４５と、１対の第１軸受３４３により回転可能に支持された第１歯車３４２（入力側歯車）と、１対の第２軸受３４５により回転可能に支持された第２歯車３４４（出力側歯車）を備えている。
　第１歯車３４２及び第２歯車３４４は、回転軸をＹ軸方向に向けて、互いに歯が噛み合うようにＸ軸方向に並べて配置され、ケース３４１内に収容されている。第１歯車３４２の一端部は、ギアボックス３４の入力軸３４２ａであり、シャフト３３の他端部に接続されている。第２歯車３４４の一端部に形成されたフランジは、ギアボックス３４の出力軸３４４ａであり、トルク発生装置２０の後述するケーシング２１の一端部に形成されたフランジ（入力軸２１１ｂ）に接続されている。
　第２歯車３４４には、回転軸を中心線とする円柱状の貫通穴３４４ｂが形成されている。トルク発生装置２０の後述する出力軸２４は、第２歯車３４４の一端（図５においては左端。すなわち、出力軸３４４ａの先端。）から貫通穴３４４ｂに差し込まれ、第２歯車３４４を貫通して、その先端部が第２歯車３４４の他端から突出している。
　本実施形態では、第１歯車３４２と第２歯車３４４の歯数は同数であり、ギアボックス３４の歯車比は１となっている。なお、試験輪Ｗと軌条輪Ｒとを逆回りに略同じ周速で回転させる構成であれば、ギアボックス３４の歯車比を１以外の値としてもよい。
　シャフト３３からトルク発生装置２０への伝動には、歯車伝動に限らず、例えば、ベルト伝動やチェーン伝動等の巻掛け伝動等、別の伝動方式を使用してもよい。
　図６は、トルク発生装置２０及びギアボックス３４とその周辺をＸ軸方向と垂直な平面で切断した概略断面図である。
　トルク発生装置２０は、回転駆動装置１０によって回転駆動される本体部２０Ａ（回転部）と、本体部２０Ａを回転可能に支持する１対の軸受ユニット２５、２６を備えている。
　本体部２０Ａは、軸受ユニット２５、２６によって支持された略筒状のケーシング２１（回転フレーム）と、ケーシング２１に取り付けられた第２電動機２２及び減速機２３と、出力軸２４を備えている。出力軸２４はケーシング２１と同軸に配置されている。第２電動機２２の後述する軸２２１及びローター２２２（回転子）をケーシング２１と同軸に配置してもよい。第２電動機２２をケーシング２１と同軸に配置することにより、本体部２０Ａのアンバランスが軽減し、本体部２０Ａをスムーズに（すなわち、回転数やトルクの不要な揺らぎが少なく）回転させることが可能になる。なお、本実施形態の第２電動機２２はＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機を第２電動機２２として使用してもよい。本実施形態では、第２電動機２２には、回転部の慣性モーメントが０．０１ｋｇ・ｍ２以下（より好適には、０．００８ｋｇ・ｍ２以下）、定格出力が３ｋＷ乃至６０ｋＷ（より実用的には、７ｋＷ乃至３７ｋＷ）の超低慣性高出力型のＡＣサーボモーターが使用される。これにより、急激なトルク変動（例えば、５００Ｈｚ或いは１ｋＨｚを超える高い周波数の振動トルク）を発生することが可能になる。
　ケーシング２１は、略円筒状の第１円筒部２１２及び第２円筒部２１４（モーター収容部）と、第１円筒部２１２と第２円筒部２１４とを連結する連結部２１３と、第１円筒部２１２に接続された第１軸部２１１と、第２円筒部２１４に接続された第２軸部２１５を有している。第１軸部２１１、第１円筒部２１２、連結部２１３、第２円筒部２１４及び第２軸部２１５は、いずれも軸方向に貫通する中空部を有する筒状部材であり、この順に同軸に連結されて、筒状のケーシング２１を形成する。ケーシング２１は、第１軸部２１１において軸受ユニット２５によって支持され、第２軸部２１５において軸受ユニット２６によって支持されている。第１軸部２１１の先端部に形成されたフランジは、トルク発生装置２０の入力軸２１１ｂ（図５）であり、ギアボックス３４の出力軸３４４ａに接続されている。
　図７は、第２電動機２２の概略構成を示す縦断面図である。第２電動機２２は、軸２２１と、永久磁石等から構成されて軸２２１と一体に結合したローター２２２と、内周にコイル２２３ａが設けられた筒状のステータ２２３（固定子）と、ステータ２２３の両端部に開口を塞ぐように取り付けられた１対のフランジ２２４、２２６と、各フランジ２２４、２２６に取り付けられた１対の軸受２２５、２２７と、軸２２１の角度位置（位相）を検出するロータリーエンコーダーＲＥを備えている。
　軸２２１は１対の軸受２２５、２２７によって回転可能に支持されている。軸２２１の一端部（図７における右端部）はフランジ２２４及び軸受２２５を貫通して外部へ突出し、第２電動機２２の出力軸となっている。軸２２１の他端部（図７における左端部）はロータリーエンコーダーＲＥに接続されている。
　図６に示されるように、第２電動機２２は、ケーシング２１の第２円筒部２１４の中空部（区画Ｃ１）に収容されている。ケーシング２１の連結部２１３の一端部（図６における左端部）には、内周へ突出する内フランジ部２１３ａが形成されている。第２電動機２２のステータ２２３（図７）は、トルク発生装置２０の回転軸を中心に放射状に配置された複数の棒状の連結部材２１７を介して第２円筒部２１４に固定されている。連結部材２１７は、例えば、両端部に雄ねじが形成されたスタッドボルトや全ねじボルトが使用される。また、第２電動機２２のフランジ２２４（図７）は、連結部２１３の内フランジ部２１３ａに支持されている。
　減速機２３は、ケーシング２１の連結部２１３及び第１円筒部２１２によって囲まれた区画Ｃ２に収容されている。減速機２３の入力軸２３１には第２電動機２２の軸２２１が接続され、減速機２３の出力軸２３２にはトルク発生装置２０の出力軸２４が接続されている。なお、トルク発生装置２０に減速機２３を設けずに、第２電動機２２の軸２２１に出力軸２４を直接接続させる構成としてもよい。
　減速機２３のケース２３３は、連結部２１３の他端部に固定されている。すなわち、第２電動機２２のフランジ２２４（図７）と減速機２３のケース２３３とは、単一の筒状の連結部２１３により一体に連結されている。そのため、第２電動機２２と減速機２３とは、高い剛性で一体に結合し、軸２２１に曲げモーメントが加わり難くなっている。これにより、軸２２１が軸受２２５、２２７（図７）から受ける摩擦が軽減されるため、トルク発生装置２０によるトルク制御の精度が向上している。
　トルク発生装置２０の出力軸２４は、ケーシング２１の第１軸部２１１及びギアボックス３４（具体的には、第２歯車３４４）の中空部を通り抜けて、ギアボックス３４の後方に突出している。ケーシング２１の第１軸部２１１及びギアボックス３４の第２歯車３４４の内周には、出力軸２４を回転可能に支持する軸受２１１ａ及び軸受３４４ｃがそれぞれ設けられている。
　ギアボックス３４から後方に突出した出力軸２４の先端側の部分には、後述する第２ベルト機構部４１の２つの駆動プーリー４１１が取り付けられている。また、出力軸２４の先端部は、第２ベルト機構部４１の軸受ユニット４１４によって回転可能に支持されている。
　軸受ユニット２６の前方（図６における左側）に隣接してスリップリング部２７が設けられている。スリップリング部２７は、トルク発生装置２０の本体部２０Ａと共に回転する可動部２７Ａと、ベースＢに固定された固定部２７Ｂから構成されている。
　可動部２７Ａは、トルク発生装置２０の第２軸部２１５に同軸に接続されたリング支持管２７１と、リング支持管２７１の外周に軸方向に間隔を置いて同軸に取り付けられた複数のスリップリング２７２を備えている。
　トルク発生装置２０の第２電動機２２のケーブル２２８は、ケーシング２１の第２軸部２１５に通されている。また、ケーブル２２８を構成する複数の電線が、リング支持管２７１の中空部に通され、対応するスリップリング２７２にそれぞれ接続されている。
　固定部２７Ｂは、ブラシ支持部２７４と、ブラシ支持部２７４に支持された複数のブラシ２７３と、リング支持管２７１の先端部を回転可能に支持する軸受部２７５を備えている。ブラシ２７３は、対応するスリップリング２７２の外周面と接触するようにＹ軸方向に間隔を置いて並べられている。ブラシ２７３は、後述するサーボアンプ２２ａ等に配線接続されている。
　軸受部２７５には、リング支持管２７１の回転数（すなわち、トルク発生装置２０の入力軸であるケーシング２１の回転数）を検出するロータリーエンコーダー２８が取り付けられている。
　図３に示されるように、第２伝動部４０は、第２ベルト機構部４１、スライド式等速ジョイント４２及び車輪支持部５０を備えている。
　第２ベルト機構部４１は、駆動プーリー４１１、従動プーリー４１２及びベルト４１３から構成される２組のベルト伝動ユニットと、軸受ユニット４１４と、軸４１５と、１対の軸受ユニット４１６を備えている。
　上述したように、２つの駆動プーリー４１１は、ギアボックス３４を突き抜けたトルク発生装置２０の出力軸２４の先端側の部分にそれぞれ取り付けられている。また、軸受ユニット４１４は、出力軸２４の先端部を回転可能に支持している。
　なお、ギアボックス３４と駆動プーリー４１１との間に追加の軸受ユニット４１４を設けて、出力軸２４の先端部を１対の軸受ユニット４１４によって支持する構成としても良い。また、本実施形態では、トルク発生装置２０の出力軸２４に駆動プーリー４１１が直接取り付けられているが、出力軸２４とは別に駆動プーリー４１１を支持する軸を設けて、出力軸２４に連結されたこの軸を軸受ユニット４１４が支持する構成としてもよい。
　２つの従動プーリー４１２は、１対の軸受ユニット４１６によって回転可能に支持された軸４１５に取り付けられている。
　ベルト４１３は、対応する駆動プーリー４１１と従動プーリー４１２に巻き掛けられている。
　本実施形態のベルト４１３は、鋼線の心線を有する歯付ベルトである。なお、ベルト４１３には、例えば炭素繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維などの所謂スーパー繊維から形成された心線を有するものを使用してもよい。炭素繊維から形成されたカーボン心線などの軽量かつ高強度の心線を使用することにより、比較的に出力の低いモーターを使用して高い加速度で駆動する（或いは、試験輪Ｗに高い駆動力／制動力を与える）ことが可能になり、車輪試験装置１の小型化が可能になる。また、同じ出力のモーターを使用する場合、所謂スーパー繊維から形成された心線を有する軽量（すなわち、低慣性）のベルト４１３を使用することにより、車輪試験装置１の高性能化が可能になる。また、一般的な自動車用又は工業用のタイミングベルトをベルト４１３として使用してもよい。また、歯付ベルトに替えて平ベルトやＶベルトをベルト４１３として使用してもよい。また、第１ベルト機構部３１のベルト３１３にも、ベルト４１３に使用可能なこれらのベルトを使用することができる。
　本実施形態の第２ベルト機構部４１は、並列に接続された１対のベルト伝動ユニットを備えているが、単一の又は並列に接続された３つ以上のベルト伝動ユニットを備えた構成としてもよい。
　また、トルク発生装置２０からスライド式等速ジョイント４２への伝動には、ベルト伝動に限らず、チェーン伝動やワイヤ伝動等の別の種類の巻掛け伝動、或いは、歯車伝動等の別の伝動方式を使用してもよい。また、トルク発生装置２０とスライド式等速ジョイント４２とを略直線状（又は、くの字状）に並べて配置し、トルク発生装置２０の出力軸２４とスライド式等速ジョイント４２の入力軸とを直結する構成としてもよい。
　車輪支持部５０は、スライド式等速ジョイント４２を介してトルク発生装置２０に連結されている。具体的には、スライド式等速ジョイント４２の一端部（すなわち、入力軸）が第２ベルト機構部４１の軸４１５に接続され、スライド式等速ジョイント４２の他端部（出力軸）が車輪支持部５０の後述するスピンドル５２７に連結されている。
　スライド式等速ジョイント４２は、作動角（すなわち、入力軸と出力軸とのなす角度）によらず、回転変動無くスムーズに回転を伝達可能に構成されている。また、スライド式等速ジョイント４２は、軸方向の長さ（伝達距離）も可変である。
　後述するように、スピンドル５２７は、その位置が可変に支持されている。スライド式等速ジョイント４２を介してスピンドル５２７を第２ベルト機構部４１の軸４１５に（或いは、トルク発生装置２０の出力軸２４に）接続することにより、スピンドル５２７の位置が変化しても、この変化にスライド式等速ジョイント４２が柔軟に追従するため、スピンドル５２７や軸４１５（或いは、トルク発生装置２０の出力軸２４）に大きなひずみが加わることが防止され、スピンドル５２７に回転をスムーズに伝達することが可能になる。また、スライド式等速ジョイント４２を使用することにより、スピンドル５２７の位置（或いは、スライド式等速ジョイント４２の作動角）によってスピンドル５２７に伝達される回転数が変化することが防止される。
　図１に示されるように、車輪支持部５０は、固定ベース５１と、固定ベース５１上に設置された本体部５２及び輪重付与部５３を備えている。
　図３に示されるように、本体部５２は、可動ベース５２２と、可動ベース５２２を固定ベース５１に対してＸ軸方向に移動可能に支持する１対のリニアガイド５２１と、可動ベース５２２上に設置された支持フレーム５２３と、支持フレーム５２３に取り付けられた軸受ユニット５２８と、軸受ユニット５２８によって回転可能に支持されたスピンドル５２７と、スピンドル５２７に同軸に取り付けられたトルクセンサー５２４及び検出歯車５２５と、検出歯車５２５の回転を検出する回転検出器５２６を備えている。リニアガイド５２１は、直線状のレール（ガイドウェイ）と転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジを備えたガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の直線案内機構をリニアガイド５２１として使用してもよい。リニアガイド５２１は、輪重付与部５３の一部を構成する。また、検出歯車５２５と回転検出器５２６により、スピンドル５２７の回転数を検出する回転数検出手段が構成される。
　支持フレーム５２３は、可動ベース５２２に固定された支柱５２３ａと、支柱５２３ａに固定されたアーム５２３ｂを有している。本実施形態の支柱５２３ａは、Ｌ型ブラケットであるが、別の形態の支柱５２３ａを使用してもよい。また、支柱５２３ａとアーム５２３ｂとを一体に形成してもよい。アーム５２３ｂは、支柱５２３ａの上部から後方へ延びる基部５２３ｂ１と、基部５２３ｂ１の後端部から左方へ延びる幹部５２３ｂ２とを有する、上から見て略Ｌ字状の構造体である。幹部５２３ｂ２の先端部には、Ｙ軸方向に貫通する中空部が形成されている。この中空部には、駆動軸（具体的には、スライド式等速ジョイント４２、トルクセンサー５２４、検出歯車５２５及びスピンドル５２７を連結したもの）が通される。
　軸受ユニット５２８は、アーム５２３ｂに取り付けられている。具体的には、軸受ユニット５２８は、回転軸をＹ軸方向に向けて、幹部５２３ｂ２の先端部の正面に取り付けられている。軸受ユニット５２８には、スピンドル５２７から受ける力を検出する複数の３分力センサー５２９（接線力検出手段、第１の横圧検出手段）が設けられている。３分力センサー５２９は、圧電式力センサーであるが、他の方式の力センサーを３分力センサー５２９として使用してもよい。
　スピンドル５２７は、検出歯車５２５及びトルクセンサー５２４を介してスライド式等速ジョイント４２の出力軸に接続されている。検出歯車５２５及びトルクセンサー５２４は、幹部５２３ｂ２の先端部に形成された中空部に収容されている。試験輪Ｗは、スピンドル５２７の先端部に設けられた取付部に取り付けられる。トルクセンサー５２４は、スピンドル５２７に加わる（すなわち、試験輪Ｗに加わる）トルクを検出する。
　回転検出器５２６は、検出歯車５２５の外周面と対向して配置され、支持フレーム５２３の幹部５２３ｂ２に固定されている。回転検出器５２６は、例えば、光学式、電磁式又は磁電式等の非接触型の回転検出器であり、検出歯車５２５の角度位置の変化を検出する。
　輪重付与部５３は、車輪支持部５０の本体部５２をＸ軸方向に移動させて、スピンドル５２７に取り付けられた試験輪Ｗを軌条輪Ｒに押し付けることにより、所定の大きさの輪重を試験輪Ｗに与える機構部である。
　輪重付与部５３は、モーター５３１と、モーター５３１の回転運動をＸ軸方向の直線運動に変換する運動変換器５３２と、試験輪Ｗに加わる輪重を検出する輪重検出器５３３（図１０）を備えている。
　モーター５３１は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター５３１として使用してもよい。
　本実施形態の運動変換器５３２は、例えばウォーム歯車装置等の減速機とボールねじ等の送りねじ機構とを組み合わせたスクリュージャッキであるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。運動変換器５３２の直線運動部５３２ａは、輪重検出器５３３を介して支持フレーム５２３に固定されている。
　モーター５３１により運動変換器５３２を駆動すると、直線運動部５３２ａと共に、支持フレーム５２３及び支持フレーム５２３に支持されたスピンドル５２７がＸ軸方向に移動する。これにより、スピンドル５２７に取り付けられた試験輪Ｗが、軌条輪Ｒに対して進退する。試験輪Ｗと軌条輪Ｒとが接触した状態で、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正方向）へ更にモーター５３１によって運動変換器５３２を駆動すると、試験輪Ｗが軌条輪Ｒに押し付けられて、試験輪Ｗに輪重が与えられる。
　輪重検出器５３３は、輪重付与部５３によって、支持フレーム５２３及びスピンドル５２７を介して試験輪Ｗに与えられるＸ軸方向の力（すなわち、輪重）を検出する力センサーである。本実施形態の輪重検出器５３３は、ひずみゲージ式のロードセルであるが、例えば圧電式力センサー等の他の方式の力センサーを輪重検出器５３３として使用してもよい。後述する制御部７０は、輪重検出器５３３の検出結果に基づいて、所定の大きさの輪重が試験輪Ｗに与えられるようにモーター５３１の駆動を制御する。
　図８は、車輪試験装置１の制御システムＣＳの概略構成を示すブロック図である。制御システムＣＳは、車輪試験装置１全体の動作を制御する制御部７０と、車輪試験装置１に設けられた各種の検出器からの信号に基づいて各種の計測を行う計測部８０と、外部との入出力を行うインターフェース部９０を備えている。
　制御部７０には、第２電動機２２及びモーター５３１がそれぞれサーボアンプ２２ａ及び５３１ａを介して、また、第１電動機１２がドライバー１２ａ（インバーター回路）を介して接続されている。
　計測部８０には、ロータリーエンコーダー２８、３２３、トルクセンサー５２４、３分力センサー５２９及び輪重検出器５３３が、アンプ２８ａ、３２３ａ、５２４ａ、５２９ａ及び５３３ａをそれぞれ介して接続されている。なお、図８においては、車輪試験装置１に設けられた複数組の３分力センサー５２９及びアンプ５２９ａのうち代表の一組のみが表示されている。また、増幅回路及びアナログ－デジタル変換回路が内蔵された回転検出器５２６は、計測部８０に直接接続されている。
　計測部８０は、ロータリーエンコーダー３２３の信号に基づいて軌条輪Ｒの回転数を計測し、ロータリーエンコーダー２８の信号に基づいてトルク発生装置２０の入力軸（ケーシング２１）の回転数を計測し、回転検出器５２６の信号に基づいてスピンドル５２７の回転数（すなわち、試験輪Ｗの回転数）を計測する。また、計測部８０は、トルクセンサー５２４の信号に基づいて試験輪Ｗに加わるトルクを計測し、複数の３分力センサー５２９の信号に基づいて試験輪Ｗに加わる接線力（縦クリープ力）及び横圧（スラスト荷重）を計測し、輪重検出器５３３の信号に基づいて輪重を計測する。すなわち、計測部８０は、軌条輪Ｒの回転数を計測する第１の回転数計測手段、トルク発生装置２０の回転数を計測する第２の回転数計測手段、試験輪Ｗの回転数を計測する第３の回転数計測手段、試験輪Ｗに加わるトルクを計測するトルク計測手段、試験輪Ｗに加わる接線力を計測する接線力計測手段、試験輪Ｗに加わる横圧を計測する横圧計測手段、及び、試験輪Ｗに付与される輪重を計測する輪重計測手段として機能する。計測部８０は、これらの計測値を制御部７０に送信する。
　本実施形態の車輪試験装置１は比較的に汎用性の高い装置であるために多くの計測手段及び対応する検出手段を備えているが、車輪試験装置１は、これらの計測手段や検出手段のすべてを備える必要はなく、試験により調べるべき事項に応じて適宜選択される一組以上の計測手段及び検出手段を備えていればよい。
　各サーボモーター（第２電動機２２、モーター５３１）に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、対応する各サーボアンプ２２ａ、５３１ａを介して、制御部７０に入力される。
　インターフェース部９０は、例えば、ユーザとの間で入出力を行うためのユーザーインターフェース、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種ネットワークと接続するためのネットワークインターフェース、及び、外部機器と接続するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）やＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）等の各種通信インターフェースの一つ以上を備えている。また、ユーザーインターフェースは、例えば、各種操作スイッチ、表示器、ＬＣＤ（liquid crystal display）等の各種ディスプレイ装置、マウスやタッチパッド等の各種ポインティングデバイス、タッチスクリーン、ビデオカメラ、プリンタ、スキャナ、ブザー、スピーカ、マイクロフォン、メモリーカードリーダライタ等の各種入出力装置の一つ以上を含む。
　制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力された軌条輪Ｒの回転数（或いは周速）の設定データ及び計測部８０による軌条輪Ｒの回転数の計測結果に基づいて、軌条輪Ｒが設定された回転数で回転するよう、第１電動機１２の駆動を制御する。
　制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力された輪重の設定データ及び計測部８０による輪重の計測結果に基づいて、設定された輪重が試験輪Ｗに与えられるように、輪重付与部５３のモーター５３１の駆動を制御する。
　制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力された試験輪Ｗのトルクの設定データ及び計測部８０による試験輪Ｗのトルクの計測結果に基づいて、設定されトルクが試験輪Ｗに与えられるように、トルク発生装置２０の第２電動機２２の駆動を制御する。
　次に、車輪試験装置１を用いて試験を行う方法の一例を説明する。まず、制御部７０は、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗが車輪試験装置１に取り付けられた状態で、輪重付与部５３のモーター５３１を駆動して、試験輪Ｗを軌条輪Ｒに近づけて、接触させ、設定された輪重を試験輪Ｗに与える。なお、輪重の設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。
　次に、制御部７０は、軌条輪Ｒが設定された回転数で回転するよう、回転駆動装置１０の第１電動機１２を駆動する。なお、軌条輪Ｒの回転数の設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。また、制御部７０は、軌条輪Ｒの回転数が設定値に到達するまで、試験輪Ｗのトルクがゼロ（無負荷）となるように第２電動機２２を制御する。
　軌条輪Ｒの回転数が設定値に到達すると、制御部７０は、試験輪Ｗに設定されたトルクが与えられるように、トルク発生装置２０の第２電動機２２の駆動を制御する。なお、試験輪Ｗのトルクの設定値として、一定値又は時間によって変動する変動値を設定することができる。なお、軌条輪Ｒの回転駆動の開始時から試験輪Ｗに設定されたトルクが与えられるように第２電動機２２の駆動を制御してもよい。
　制御部７０は、この状態で、所定の時間（試験時間）に亘って、軌条輪Ｒの回転数、試験輪Ｗのトルク、接線力、横圧及び輪重を連続的に計測しながら、軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗを回転させる。このとき、制御部７０は、各計測値を、計測時刻と対応付けて制御部７０の記憶装置７１（又は、例えばＬＡＮを介して制御部７０に接続されたサーバー等の制御部７０によってアクセス可能な記憶手段）に保存する。
　制御部７０は、所定の時間が経過すると、試験輪Ｗのトルクがゼロとなるようにトルク発生装置２０の第２電動機２２の駆動を制御する。次に、制御部７０は、回転駆動装置１０の第１電動機１２を制御して、軌条輪Ｒの回転数を徐々に減速して回転を停止させた後、輪重付与部５３のモーター５３１を駆動して、試験輪Ｗを軌条輪Ｒから所定距離だけ離して、試験を終了する。
　なお、上記の試験手順は、車輪試験装置１を用いて行うことが可能な試験手順の一例に過ぎず、別の様々な試験手順で試験を行うことが可能である。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の第２実施形態の説明においては、上述した第１実施形態と相違する事項に重点を置き、第１実施形態と共通又は対応する構成については、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。
　図９は、本発明の第２実施形態に係る車輪試験装置１０００の概略構成を示す平面図である。また、図１０は、車輪試験装置１０００の概略構成を示す正面図である。
　車輪試験装置１０００は、第１実施形態の車輪支持部５０に横圧付与機能、アタック角付与機能及びカント角付与機能が追加された車輪支持部１５００を備えている。
　図９に示されるように、車輪試験装置１０００の車輪支持部１５００は、輪重付与部５３に加えて、横圧付与部５４、カント角付与部５５及びアタック角付与部５６を備えている。また、図１０に示されるように、車輪支持部１５００は、３つの可動ベース（第１可動ベース５２２Ａ、第２可動ベース５２２Ｂ及び第３可動ベース５２２Ｃ）を備えている。
　横圧付与部５４は、試験輪Ｗに横圧（スラスト荷重）を付与する機構部である。なお、横圧には横クリープ力（粘着力の試験輪Ｗの軸方向の成分）とフランジ反力（試験輪Ｗのフランジと軌条輪Ｒのゲージコーナーとの接触によって生じる作用）が含まれるが、後者のフランジ反力が横圧付与部５４によって付与される（或いは、所定値に調整される）。
　横圧付与部５４は、固定ベース５１に対して第１可動ベース５２２ＡをＹ軸方向に移動可能に支持する複数（例えば３つ）のリニアガイド５４１と、固定ベース５１と共にベースＢに取り付けられたモーター５４２（図９）と、モーター５４２の回転運動をＹ軸方向の直線運動に変換する運動変換器５４３（図９）と、試験輪Ｗに加わる横圧を検出する横圧検出器５４４（図９）を備えている。リニアガイド５４１は、リニアガイド５２１と同じ構成のガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の直線案内機構をリニアガイド５４１として使用してもよい。
　なお、本実施形態では、横圧検出器５４４（第２の横圧検出手段）はフランジ反力を付与する場合の横圧の検出に使用され、フランジ反力を付与しない場合には３分力センサー５２９（第１の横圧検出手段）が横圧の検出に使用される。車輪試験装置１０００に横圧検出器５４４を設けずに、フランジ反力を付与する場合にも３分力センサー５２９を用いて横圧を検出する構成としてもよい。また、フランジ反力を付与しない場合にも横圧検出器５４４を用いて横圧を検出する構成としてもよい。また、横圧検出器５４４を用いて静的な横圧（主にフランジ反力）を検出しながら、３分力センサー５２９を用いて動的な横圧（主に横クリープ力）を検出する構成としてもよい。
　本実施形態のモーター５４２は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター５４２として使用してもよい。
　本実施形態の運動変換器５４３は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。運動変換器５４３のねじ軸は、固定ベース５１に取り付けられた一対の軸受によって回転可能に支持され、その一端部がモーター５４２の軸に接続されている。運動変換器５４３のナット（直線運動部）は、横圧検出器５４４を介して第１可動ベース５２２Ａに固定されている。モーター５４２によって運動変換器５４３のねじ軸を回転させると、運動変換器５４３のナットと共に第１可動ベース５２２ＡがＹ軸方向に移動する。これにより、第１可動ベース５２２Ａに支持された試験輪ＷもＹ軸方向に移動し、軌条輪Ｒに対する試験輪Ｗの軸方向における位置が変化する。試験輪ＷをＹ軸方向に変位させて、試験輪Ｗのフランジを軌条輪Ｒに接触させると、試験輪Ｗにフランジ反力が付与される。フランジ反力の大きさは、試験輪ＷのＹ軸方向における位置によって変化する。
　図８に示されるように、モーター５４２は、サーボアンプ５４２ａを介して、制御部７０に接続されている。横圧検出器５４４は、アンプ５４４ａを介して、計測部８０に接続されている。なお、モーター５４２に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ５４２ａを介して、制御部７０に入力される。
　計測部８０は、横圧検出器５４４の信号に基づいて試験輪Ｗに与えられる横圧を計測する。制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力された横圧の設定データ及び計測部８０による横圧の計測結果に基づいて、設定された横圧が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター５４２の駆動を制御する。
　カント角付与部５５は、試験輪Ｗにカント角を付与する機能を有する機構部である。図１０に示されるように、カント角付与部５５は、第１可動ベース５２２Ａ及び第２可動ベース５２２Ｂの一方に取り付けられた鉛直に延びる旋回支軸５５１と、旋回支軸５５１を回転可能に支持する、第１可動ベース５２２Ａ及び第２可動ベース５２２Ｂの他方に取り付けられた軸受５５２を備えている。第２可動ベース５２２Ｂは、旋回支軸５５１及び軸受５５２により、鉛直線である軸受５５２の回転軸Ａ１を中心に回転可能に支持されている。
　軸受５５２は、軌条輪Ｒに試験輪Ｗが接触する接触位置Ｐ（本実施形態では軌条輪Ｒの右端）を回転軸Ａ１が通るように、接触位置Ｐの略直下に配置されている。回転軸Ａ１は、接触位置Ｐにおける軌条輪Ｒ及び試験輪Ｗの接線となる。そのため、回転軸Ａ１を中心に第２可動ベース５２２Ｂが回転すると、試験輪Ｗは接触位置Ｐを支点にＺ軸回りに旋回し（言い換えれば、試験輪Ｗと軌条輪Ｒの共通の接線の回りに回転移動し）、軌条輪Ｒに対する接線回りの傾き（すなわち、カント角）が変化する。
　カント角付与部５５は、第２可動ベース５２２Ｂを、回転軸Ａ１から離れた外周部分において、第１可動ベース５２２Ａに対して回転軸Ａ１を中心に旋回可能に支持する曲線ガイド５５３を備えている。曲線ガイド５５３は、曲線状のレール（ガイドウェイ）と転動体を介してレール上を走行可能なキャリッジを備えたガイドウェイ形循環式転がり軸受であるが、別の方式の曲線案内機構を曲線ガイド５５３として使用してもよい。
　また、カント角付与部５５は、モーター５５４（図９）と、モーター５５４の回転運動をＹ軸方向の直線運動に変換する運動変換器５５５を備えている。本実施形態のモーター５５４は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター５５４として使用してもよい。また、本実施形態の運動変換器５５５は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。
　運動変換器５５５のねじ軸５５５ａは、一対の軸受によって回転可能に支持され、一端部がモーター５５４の軸に接続されている。なお、図１０において、ねじ軸５５５ａを支持する軸受は図示省略されている。モーター５５４及び運動変換器５５５の一対の軸受は、第１可動ベース５２２Ａ上に設置された鉛直軸回りに回転可能な不図示の回転テーブルに取り付けられている。モーター５５４は、軸が回転テーブルの回転軸と垂直に交差するように配置されている。
　図１０に示されるように、運動変換器５５５のナット５５５ｂ（直線運動部）は、ヒンジ５５６を介して、第２可動ベース５２２Ｂに鉛直軸回りに回転可能に連結されている。モーター５５４によってねじ軸５５５ａを回転させると、第２可動ベース５２２Ｂに取り付けられたヒンジ５５６がナット５５５ｂと共に略Ｙ軸方向に移動する。これに伴い、第２可動ベース５２２Ｂが回転軸Ａ１を中心に回転し、第２可動ベース５２２Ｂに支持された試験輪Ｗは接触位置Ｐを支点に旋回して、カント角が変化する。
　図８に示されるように、モーター５５４は、サーボアンプ５５４ａを介して、制御部７０に接続されている。モーター５５４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ５５４ａを介して、制御部７０に入力される。
　制御部７０は、モーター５５４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥの信号に基づいてカント角の現在値を計算する。制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力されたカント角の設定データ及び現在値に基づいて、設定されたカント角が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター５５４の駆動を制御する。
　アタック角付与部５６は、試験輪Ｗにアタック角を付与する機能を有する機構部である。アタック角は、レールと車輪のなす角度であり、より具体的には、レールの幅方向（枕木方向）と車輪の軸方向のなす上下軸回りの角度（すなわち、ヨーイング方向の角度）である。車輪試験装置１０００においては、アタック角は、軌条輪Ｒの回転軸と試験輪Ｗの回転軸がＸ軸回りになす角として定義される。
　図１０に示されるように、本実施形態の車輪支持部１５００の支持フレーム１５２３は、第３可動ベース５２２Ｃに固定された箱形の支柱１５２３ａと、Ｘ軸方向に延びる回転軸Ａ２を中心に回転可能に支柱１５２３ａに連結されたアーム１５２３ｂを備えている。アーム１５２３ｂは、第１実施形態のアーム５２３ｂと同様に上から見て略Ｌ字状の部材であり、支柱１５２３ａの上部に連結されたＹ軸方向に延びる基部１５２３ｂ１と、基部１５２３ｂ１の後端部から左方へ延びる幹部１５２３ｂ２とを有している。
　基部１５２３ｂ１の右端からは、Ｘ軸方向に旋回支軸５６１が突出している。また、支柱１５２３ａの上部には、旋回支軸５６１を回転可能に支持する軸受５６２が取り付けられている。アーム１５２３ｂは、旋回支軸５６１を介して、軸受５６２により、Ｙ軸方向に延びる回転軸Ａ２を中心に回転可能に支持されている。軸受５６２は、回転軸Ａ２が接触位置Ｐを通るように配置されている。すなわち、回転軸Ａ２は試験輪Ｗの踏面を垂直に通る直線となっている。旋回支軸５６１及び軸受５６２は、アタック角付与部５６の一部を構成する。
　図９に示されるように、アタック角付与部５６は、モーター５６４と、モーター５６４の回転運動をＺ軸方向の直線運動に変換する運動変換器５６３を備えている。本実施形態のモーター５６４は、ＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター５６４として使用してもよい。また、本実施形態の運動変換器５６３は、ボールねじ等の送りねじ機構であるが、別の方式の運動変換器を使用してもよい。
　運動変換器５６３のねじ軸は、一対の軸受によって回転可能に支持され、一端部がモーター５６４の軸にベベルギアを介して接続されている。なお、運動変換器５６３のねじ軸をモーター５６４の軸に直結してもよい。モーター５６４及び運動変換器５６３は、Ｘ軸方向に延びる回転軸を有するヒンジを介して、ヒンジの回転軸を中心に一定の角度範囲で回転（すなわち揺動）可能に第３可動ベース５２２Ｃに連結された揺動フレームに取り付けられている。
　運動変換器５６３のナット（直線運動部）は、Ｘ軸方向に延びる回転軸を有するヒンジを介して、支持フレーム１５２３のアーム１５２３ｂに、ヒンジの回転軸を中心に揺動可能に連結されている。モーター５６４によって運動変換器５６３のねじ軸を回転させると、ナットと共にアーム１５２３ｂに取り付けられたヒンジが略Ｚ軸方向に移動する。これに伴い、アーム１５２３ｂと共にアーム１５２３ｂに支持された試験輪Ｗが接触位置Ｐを通る回転軸Ａ２（言い換えれば、試験輪の踏面に垂直な直線）を中心に回転移動し、アタック角が付与される。
　図８に示されるように、モーター５６４は、サーボアンプ５６４ａを介して、制御部７０に接続されている。モーター５６４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥが検出した軸の位相情報は、サーボアンプ５６４ａを介して、制御部７０に入力される。
　制御部７０は、モーター５６４に内蔵されたロータリーエンコーダーＲＥの信号に基づいてアタック角の現在値を計算する。制御部７０は、インターフェース部９０を介して入力されたアタック角の設定データ及び現在値に基づいて、設定されたアタック角が試験輪Ｗに与えられるよう、モーター５６４の駆動を制御する。
　図１０に示されるように、輪重付与部５３の運動変換器５３２の直線運動部５３２ａは、輪重検出器５３３を介して支持フレーム１５２３の支柱１５２３ａに固定されている。また、運動変換器５３２の直線運動部５３２ａは、中心線が回転軸Ａ２と一致するように配置されている。これにより、輪重を付与する際に、支持フレーム１５２３に大きな力のモーメントが加わることが防止される。
　以上が本発明の実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、様々な変形が可能である。例えば本明細書中に例示的に明示された実施形態等の構成、本明細書中の記載から当業者に自明な実施形態等の構成及び／又は周知技術を適宜組み合わせた構成も本願の実施形態に含まれる。
　上記の実施形態では、輪重付与部５３が車輪支持部５０に設けられ、試験輪Ｗを軌条輪Ｒに対して進退させることによって輪重を調整するように構成されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、輪重付与部を軌条輪支持部に設けて、軌条輪Ｒを試験輪Ｗに対して進退させることによって輪重を調整する構成としてもよい。
　上記の実施形態では、軌条輪Ｒがトルク発生装置２０を介さずに回転駆動装置１０に接続され、試験輪Ｗがトルク発生装置２０を介して回転駆動装置１０に接続されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、軌条輪Ｒがトルク発生装置２０を介して回転駆動装置１０に接続され、試験輪Ｗがトルク発生装置２０を介さずに回転駆動装置１０に接続される構成としてもよい。また、トルク発生装置２０を２つ設けて、一方のトルク発生装置２０を介して軌条輪Ｒが回転駆動装置１０に接続され、他方のトルク発生装置２０を介して試験輪Ｗが回転駆動装置１０に接続される構成としてもよい。
　上記の実施形態では、車輪支持部５０に複数の３分力センサーが設けられ、複数の３分力センサーの検出結果に基づいて計測部８０が試験輪Ｗに加わるトルクや輪重を計測する構成が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、複数の２分力センサー又は１分力センサーの検出結果に基づいてトルクや輪重を計測する構成としてもよい。
　上記の実施形態では、軌条輪支持部３２に動力分配手段の機能が組み込まれているが、軌条輪支持部３２から動力分配手段を分離した構成としてもよい。例えば、第１伝動部３０を軌条輪支持部３２に接続させず、回転駆動装置１０と第１伝動部３０とを追加の動力伝達手段（例えば、巻掛け伝動や歯車伝動）を介して連結することができる。この場合、第１ベルト機構部３１の駆動プーリー３１１と追加の動力伝達手段のプーリーや歯車が取り付けられる回転駆動装置１０の軸が動力分配手段として機能する。
　上記の第２実施形態では、固定ベース５１とスピンドル５２７とが、横圧付与部５４、カント角付与部５５、輪重付与部５３及びアタック角付与部５６をこの順で介して連結されているが、本発明はこの構成に限定されず、横圧付与部５４、カント角付与部５５、輪重付与部５３及びアタック角付与部５６は、どのような順序で連結してもよい。

Claims (13)

  1. 　軌条輪を回転可能に支持する軌条輪支持部と、
    　試験輪を前記軌条輪に接触した状態で回転可能に支持する車輪支持部と、
    　前記軌条輪及び前記試験輪を回転させる第１電動機と、
    　前記試験輪に与えるトルクを発生するトルク発生装置と、
    を備え、
    　前記トルク発生装置が、
    　　前記第１電動機によって回転駆動される回転フレームと、
    　　前記回転フレームに取り付けられた第２電動機と、を備え、
    　前記軌条輪及び前記試験輪の少なくとも一方が、前記トルク発生装置を介して前記第１電動機に接続された、
    車輪試験装置。
  2. 　前記第１電動機が発生した動力を前記軌条輪と前記試験輪とに分配する動力分配手段を備えた、
    請求項１に記載の車輪試験装置。
  3. 　前記第２電動機の作動が停止しているときに、前記軌条輪及び前記試験輪が逆回りに略同じ周速で回転するように構成された、
    請求項１又は請求項２に記載の車輪試験装置。
  4. 　前記トルク発生装置が、前記回転フレームと同軸に配置された出力軸を備えた、
    請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  5. 　前記トルク発生装置が、前記回転フレームを回転可能に支持する軸受ユニットを備え、
    　前記回転フレームが、前記軸受ユニットに支持される筒状の軸部を有し、
    　前記軸部の内周に軸受が設けられ
    　前記出力軸が、前記軸部の中空部に通され、前記軸受によって回転可能に支持された、
    請求項４に記載の車輪試験装置。
  6. 　前記第１電動機が前記回転フレームと同軸に配置された、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  7. 　前記第２電動機が、前記回転フレームの回転軸を中心に放射状に配置された複数の棒状の連結部材を介して前記回転フレームに固定された、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  8. 　前記回転フレームが、前記第２電動機を収容する筒状のモーター収容部を備えた、
    請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  9. 　前記第１電動機及び前記第２電動機を制御する制御部と、
    　前記軌条輪の回転数を計測する回転数計測手段と、
    　前記試験輪のトルクを計測するトルク計測手段と、
    を備え、
    　前記制御部が、
    　　前記回転数計測手段の計測結果に基づいて前記第１電動機の駆動を制御し、
    　　前記トルク計測手段の計測結果に基づいて前記第２電動機の駆動を制御する、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  10. 　前記試験輪及び前記軌条輪の一方を他方に対して進退させることによって前記試験輪に輪重を付与する輪重付与部を備えた、
    請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  11. 　前記試験輪及び前記軌条輪の一方を他方に対して前記試験輪の踏面に垂直な直線の回りに回転移動させることによりアタック角を付与するアタック角付与部を備えた、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  12. 　前記試験輪及び前記軌条輪の一方を他方に対して接線の回りに回転移動させることによりカント角を付与するカント角付与部を備えた、
    請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
  13. 　前記試験輪及び前記軌条輪の一方を他方に対して軸方向に移動させることにより前記試験輪に横圧を付与する横圧付与部を備えた、
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
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