(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-28
(45)【発行日】2023-09-05
(54)【発明の名称】車輪試験装置
(51)【国際特許分類】
G01M 17/10 20060101AFI20230829BHJP
【ＦＩ】
G01M17/10
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022519960
(86)(22)【出願日】2021-05-06
(86)【国際出願番号】 JP2021017337
(87)【国際公開番号】W WO2021225133
(87)【国際公開日】2021-11-11
【審査請求日】2022-09-02
(31)【優先権主張番号】P 2020082297
(32)【優先日】2020-05-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】391046414
【氏名又は名称】国際計測器株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100078880
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100123124
【弁理士】
【氏名又は名称】角田 昌大
(72)【発明者】
【氏名】松本 繁
(72)【発明者】
【氏名】宮下 博至
(72)【発明者】
【氏名】村内 一宏
(72)【発明者】
【氏名】鴇田 修一
【審査官】山口 剛
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１４／０５８０５１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００６－１８４０６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２７１４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１４１６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０１６２０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０５０７９９４９（ＣＮ，Ｕ）
【文献】中国特許出願公開第１０６１２４２０８（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｍ １７／００ － １７／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
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、
前記第２電動機は、定格出力が３ｋＷ以上であり、回転部の慣性モーメントが０．０１ｋｇ・ｍ２以下である、
車輪試験装置。
【請求項2】
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に記載の車輪試験装置。
【請求項3】
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２に記載の車輪試験装置。
【請求項4】
前記第２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３のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項5】
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４のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項6】
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５のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項7】
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６のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項8】
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７のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項9】
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８のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項10】
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９のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【請求項11】
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１０のいずれか一項に記載の車輪試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車輪試験装置に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【発明の概要】
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】駆動システムの概略構成を示すブロック図である。
【図5】ギアボックスの概略構成を示す断面図である。
【図6】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。
【図7】第２電動機の概略構成を示す断面図である。
【図8】制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図9】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。
【図10】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。
【発明を実施するための形態】
【0020】
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。
【0021】
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
（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。
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。
【0105】
【0106】
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。
【0107】
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。
【0108】
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）。
【0109】
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。
【0110】
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。
【0111】
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。
【0112】
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。
【0113】
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。
【0114】
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。
【0115】
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。
【0116】
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。
【0117】
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。
【0118】
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。
【0119】
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。
【0120】
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。
【0121】
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。
【0122】
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。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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。
【0127】
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。
【0128】
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。
【0129】
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。
【0130】
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。
【0131】
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。
【0132】
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。
【0133】
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。
【0134】
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。
【0135】
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。
【0136】
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。
【0137】
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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】