KR100784281B1 - 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 주행중 타이어의 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어로서, 타이어의 웹 스포크인 전자기튜브 내부에 반도체 입자와 자기 입자 및 소수성 오일을 충진하여 차량을 지지하고 특히, 타이어 펑크 시 수 kV/mm의 전압을 가함으로써 타이어의 급격한 내구성 감소를 방지하는 장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 타이어는, 폴리우레탄 고무로 형성된 전자기 튜브 외피와 그 내부에 충진된 반도체 입자, 자기 입자, 무극성 산화방지의 절연유와, 전원소스 및 변형가능한 스틸 전극을 포함한다.

본 발명에 따르면, 차량의 하중을 충분히 지지하고, 전원에서 전자기장의 세기를 가변하여 전자기 튜브의 강성을 적절하게 변화함으로써, 차량의 하중변화나 도로 상황에 따른 승차감변화에도 즉각 대처할 수 있는 장치를 제공한다.

전자기 유체(Electro and Magnetro Rheological, EMR) 타이어, 전자기 튜브 (Electromagnetic Tube, EMT), 반도체 입자, 자기 입자.

Description

내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어{Durability Drop Relief Electro and Magnetro Rheological non pneumatic Tire}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 유체 타이어를 절개하여 전자기 튜브들과 전극을 도시하는 단면도,

도 2는 도 1의 A를 확대하여 전자기 튜브의 내부에 충진된 반도체 입자와 자기 입자가 전자기장에 의해 강성을 가지도록 적용한 예를 보여주는 부분 확대 구성도,

도 3은 종래의 공압타이어 내부구조를 보여주는 공압타이어의 내부 단면도,

도 4(a),(b)는 반도체 유체에 전기장을 인가하면 반도체 유체가 수직체인 구조로 배열되는 것을 보여주는 사진,

도 5*a),(b)는 자기 유체에 자기장을 인가하면 자기 유체가 수평체인 구조로 배열되는 것을 보여주는 사진이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 전자기 유체 타이어(EMR), 11 : 전자기튜브(EMT),

12: 림전극, 13: 외피전극,

14: 림, 15: 굴곡부,

16: EMR 타이어 외피 21: 전자기 튜브(EMT) 외피,

22: 반도체 입자, 23: 자기 입자,

24: 절연유, 25: 전원,

30: 공압타이어, 31: 공기밀폐부,

32: 사이드 월, 33: 숄더,

34: 트레드, 35: 카카스,

본 발명은 차량 주행중 타이어의 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어로서, 더욱 상세하게는 타이어의 내부에 설치된 스포크인 전자기 튜브 내부에 반도체 입자와 자기 입자 및 소수성 오일을 충진하여 수 kV/mm의 전압을 가함으로써 차량을 지지하고, 특히 주행중 타이어의 급격한 내구성 감소를 방지하도록 이루어진 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어에 관한 것이다.

최근 들어, 공압타이어는 부하 운반 능력, 노면 충격 흡수 능력, 및 힘의 전달(가속, 정지, 조향)능력을 가지고 있어, 일반적으로 자전거, 2륜차, 자동차, 트럭에서 많이 사용되고 있다.

도 3은 종래의 공압타이어 내부구조를 보여주는 내부 단면도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 공압타이어(30)의 외부는 노면과 직접 접촉함으로 두꺼운 고무로 이루어진 트레드(34), 이 트레드(34)와 사이드 월(32) 사이에 위치하여 주행중 내부 열을 발산하기 위한 숄더(33), 이 숄더(33)와 카카스(35)의 사이에 위치하여 승차감을 좋게 하기 위한 사이드 월(32) 및, 타이어의 골격부인 카카스(35)로 구성되고, 내부는 공기를 압축하여 밀폐한 공기밀폐부(31)로 구성되어 있다. 그러나 공압 타이어에서는 공기밀폐부(31)의 공기가 급격히 저하되므로 타이어의 형태가 급격히 변형되어, 비드 이탈이 유발되므로 대형사고로 이어져 많은 생명에 위험을 줄 수 있는 문제점이 있었다.

이러한 공압타이어의 펑크 시 위험으로 인해 최근 무공압 타이어에 대한 연구가 활발하게 진행하고 있고, 이에 따라 공압 타이어의 단점을 극복하기 위해 솔리드(Solid) 타이어, 스프링 타이어 등과 같은 무공압 타이어가 개발되거나 연구되고 있으나, 아직 공압 타이어에 비해 타이어에 대한 승차감, 코너링, 브레이킹 등 타이어 자체가 가지는 기본 성능이 많이 떨어진다는 문제점이 있다.

특히 솔리드 타이어는 부하의 지지를 위해 지면과 접촉하는 부분의 고무압축에 의존하고 있으므로, 이러한 종류의 타이어는 무겁고 강성적이며, 공압 타이어에 비해 충격 흡수 능력이 크게 떨어지고 또한, 실제 내구성이나 부하 지지력의 결점으로 인해 공압 타이어의 대체물로서 널리 사용되지 못한다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 점에 착안하여 창출된 것으로서, 공압 타이어의 부하 운반 능력, 노면 충격 흡수 능력, 및 힘의 전달(가속, 정지, 조향)능력 장점 을 유지시키면서, 주행중 타이어가 변형되어 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있는 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어은 내부에 폴리우레탄 고무로 형성된 외피와 상기 외피의 내부에서 무부하시 중성운동을 하고 전기장 인가시에 수직체인 구조를 형성하는 반도체 입자와 상기 외피의 내부에서 무부하시 중성운동을 하고 자기장 인가시에 수평체인 구조를 형성하는 자기 입자와; 상기 반도체 입자와 상기 자기 입자가 분산되는 저점도 소수성 무극성 산화방지 절연유와 수 kV/mm의 전압의 발생과 가변이 가능한 전원 및 상기 전원에서 전압을 인가받아 상기 외피의 내부로 전자기장을 발생시키기 위해 전압을 인가받는 변형 가능한 스틸 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 이상과 같은 구성요소 들을 포함하여 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자기 유체(Electro and Magnetro-Rheological; 이하 EMR이라 함) 타이어를 절개하여 전자기 튜브(Electromagnetic Tube; 이하 EMT라 함)와 전극을 보여주는 우측 단면도이다.

도 1을 참조하면, EMR 타이어(10)는 무공압 타이어로서, 폴리우레탄 고무로 제조된 EMR 타이어 외피(16)의 내부에 연성이 있는 얇은 금속 외피전극(13)이 부착되어 있고, 림(14)의 둘레에도 얇은 금속 림전극(12)이 부착되어 있어 수 kV/mm의 전압을 전원(25)에서 인가받아 EMT(11)의 내부로 전압을 인가하여 전자기장을 발생시킨다.

바람직하게, 전극들(12, 13)은 전원(25)의 인가 방향에 따라 극성이 달라질 수 있다. 예컨대, 전원(25)에서 플러스 전원이 외피전극(13)에 인가되면 외피전 극(13)은 플러스 전극이 되고, 림전극(12)은 마이너스 전극이 된다.

이러한, EMT(11) 내부는 수분을 흡수하고 있는 미세한 친수성 입자가 저점도로 소수성 오일에 분산되어 있어 수 kV/mm 정도의 전압을 걸어주면, 점도가 급격히 증가하여 초기의 등방성(Isotropic) 특성이 전기장에 의해 섬유 상 조직을 형성하는 이방성(anisotropic)특성의 거동을 갖는다. 즉 전기장 부하 시 입자가 대전되어 체인형 구조를 형성하여, 이로 인해 일정한 항복전단 응력을 갖는 빙햄(Binghanm)유체의 거동을 보인다.

또한, EMR 타이어는 무공압 타이어이기 때문에 지면과 접지되는 굴곡부(15)는 차체의 하중을 견디기 위하여 일정한 인장계수와 탄성을 가져야하므로, 웹 스포커인 EMT(11)는 약 10 내지 100MPa의 높은 인장계수를 갖으며, 상기 웹 스포커가 4%로 변형되면 일정한 응력을 갖고, 30%로 변형된 후 원래의 길이로 돌아오는 탄성이 있다.

도 2는 도 1의 A를 확대하여 전자기 튜브의 내부에 충진된 반도체 입자와 자기 입자가 전자기장에 의해 강성을 가지도록 적용한 예를 보여주는 확대 개략도이다.

도 2를 참조하면 EMT(11)는 폴리우레탄 고무재질로 이루어진 외피(21)와 내부에는 전자기장에 반응하는 반도체 입자(22)와 자기 입자(23), 무극성 산화방지의 절연유(24)가 충진되어 있고, 전원(25)에서 전자기장을 인가받기 위하여 얇은 금속 전극들(12, 13)과 전기적 물리적으로 부착되어 있다. 이러한 반도체 입자(22)와 자기 입자(23)는 전자기장이 인가되지 않을 경우에는 비 전도성 용매 중에 분산된 입자가 자유로이 운동하는 뉴토니안 유체와 같이 거동하다가, 전원(25)에서 생성되는 전자기장이 전극들(12, 13)로부터 인가되면 각각의 반도체입자들과 자기입자들은 체인형 구조를 형성하여 항복전단 응력을 갖는다.

즉, 전기장이 인가되면 반도체 입자(22)들은 수직 체인형 구조를 가지고, 자기장이 부하되면 자기 입자(23)들은 수평 체인형 구조를 가져 결국 격자형 체인구조를 형성하므로, 타이어로 하여금 차체의 하중을 구조적으로 지지할 수 있게 한다.

바람직하게, 외부 전자기장의 세기에 따라 체인구조가 각각 틀려지고 그 구조에 따라 항복 전단 응력 또한 달라지므로 전원(25)으로 전자기장의 세기를 가변하면 EMT의 강성을 적절하게 조절할 수 있기 때문에 하중변화나 도로 상황에 따른 승차감변화에도 즉각 대처할 수 있다.

도 4(a),(b)는 전기장이 인가되어 반도체 입자들이 수직 체인구조로 배열되는 것을 보여주고, 도 5(a),(b)는 자기장이 인가되어 자기 입자들이 수평 체인구조로 배열되는 것을 보여주는 사진이다.

도 4(a)는 무부하시 반도체 입자(22)들은 절연유(24)와 무질서하게 배열되어 있으나, 전기장이 인가되면 도 4(b)와 같이 수직 체인구조로 배열된다.

도 5(a)도 무부하시 자기 입자(23)들은 절연유(24)와 무질서하게 배열되어 있으나, 자기장이 인가되면 도 5(b)와 같이 수평 체인구조로 배열된다.

따라서, 도 4와 도 5를 참조하면, 절연유에 반도체 입자들과 자기입자들이 무질서하게 배열되어 있는 상황에서 전자기장을 인가하면 반도체입자들은 수직체인구조로 배열되고, 자기 입자는 수평체인구조로 동시에 배열되어 격자형의 체인구조 를 형성하고, 이렇게 형성된 격자형의 체인구조는 인가되는 전자기장의 세기에 따라 항복 전단 응력 또한 달라지므로 전자기장의 전원으로 전자기장의 세기를 가변하면 EMT의 강성을 적절하게 변환할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어의 실시예가 구성된다. 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따른 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어는, 차량의 하중지지가 가능하고, 외부에서 전기장, 자기장의 세기를 수시로 가변이 가능하기 때문에 특정 EMT의 강성을 적절하게 변화하여 하중변화나 도로 상황에 따른 승차감변화에도 즉각 대처할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 타이어의 내구성을 유지하기 위해 내부가 무공압으로 이루어진 무공압 타이어에 있어서,

   상기 내부에 폴리우레탄 고무로 형성된 외피(21)와; 상기 외피(21)의 내부에서 무부하 시 중성운동을 하고 전기장 인가 시에 수직체인 구조를 형성하는 반도체 입자(22)와; 상기 외피(21)의 내부에서 무부하시 중성운동을 하고 자기장 인가 시에 수평체인 구조를 형성하는 자기 입자(23)와; 상기 반도체 입자(22)와 상기 자기 입자(23)가 분산되는 저점도 소수성 무극성 산화방지 절연유(24)와 수 kV/mm의 전압의 발생과 가변이 가능한 전원(25) 및; 상기 전원(25)에서 전압을 인가받아 상기 외피(21)의 내부로 전자기장을 발생시키기 위해 전압을 인가받는 변형 가능한 스틸형의 림전극(12)과 외피전극(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내구력 저하를 완화하는 전자기 유체 무공압 타이어.

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