KR101667402B1 - 온도 제어 코일을 내포한 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도제어 코일을 내포한 타이어에 관한 것으로서 트레드; 벨트고무; 및 트레드와 벨트고무 사이에 배치되어, 타이어의 온도를 제어하는 코일 반제품;을 포함하며, 코일 반제품은 온도제어 코일을 고무로 토핑(topping)하여 형성된다.
본 발명에 따르면, 타이어 트레드 내에 온도조절 가능한 코일을 내포하여 혹한기 또는 혹서기에서도 타이어의 온도를 조절할 수 있어 타이어의 내구성능을 증대시켜 타이어의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

온도 제어 코일을 내포한 타이어{Tire equipped temperature control system}

본 발명은 온도 제어 코일을 내포한 타이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 타이어 트레드 내에 온도조절이 가능한 코일을 내포하여 기후조건에 따라 타이어의 온도를 조절할 수 있는 온도 제어 코일을 내포한 타이어에 관한 것이다.

타이어의 표면이나 내부의 온도는 타이어가 위치한 장소의 외기 온도, 타이어가 주행한 시점과 주행거리, 시간 등에 따라 달라지게 된다. 기후나 온도의 변화폭이 크지 않은 장소에 보관되어 있는 타이어들은 내부온도를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.

타이어의 물성은 온도에 따라 달라지는 특성이 있으며, 겨울철과 같이 온도가 낮은 경우 여름철용 타이어는 탄성이 줄어들어 접지력과 조정안정성이 떨어지고 승차감도 나빠진다.

이러한 점을 해결하기 위해 겨울철에 온도가 낮아져도 탄성을 유지할 수 있도록 보완한 겨울용 타이어가 있으나, 가격이 비싸고 타이어 구입을 위해 추가적인 비용이 소요되며, 계절에 따라 타이어를 탈부착하고 별도로 보관해야 하는 불편함이 있다.

현재 많이 사용하고 있는 타이어는 여름용 타이어와 겨울용 타이어의 특성을 절충한 사계절용 타이어인데, 사계절용 타이어의 경우에도 영하 7도 이하에서는 급격한 성능저하가 일어나 성능을 발휘하기 어려운 문제점이 있다.

이러한 점들을 해결하기 위한 종래의 방법은 타이어에 추가적인 열선을 삽입하거나 압전소자 등을 이용하여 발열하는 것이다. 그러나 이러한 압전소자는 타이어의 회전에 따른 충격에 의해서 쉽게 파손되는 문제점이 있다.

반대로 아주 더운 지역에 적용되는 타이어들은 중동과 같이 평균온도가 상당히 높은 지역에서 사용되는 타이어들은 주행시 내부발열 현상이 발생할 수 있어 타이어의 공기압이 변경되어 타이어에 악영향을 미칠 수 있다.

이에 대해, 한국등록특허 KR 10-0811939에서는 타이어의 압력을 일정하게 조정을 할 수 있는 타이어의 압력 조정장치에 대해서 개시하고 있다.

한국등록특허 KR 10-0811939는 도로의 노면상태에 따라 타이어의 압력을 자동 조절할 수는 있지만, 기후조건에 따라 타이어의 내부의 온도를 가변적으로 변경시킬 수 없으므로 혹서기나 혹한기에서 타이어 트레드 및 고무물성의 성능이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 타이어 트레드 내에 온도조절이 가능한 코일을 내포하여 기후조건에 따라 타이어의 온도를 조절할 수 있는 온도 제어 코일을 내포한 타이어를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어는, 트레드; 벨트고무; 및 트레드와 벨트고무 사이에 배치되어, 타이어의 온도를 제어하는 코일 반제품;을 포함하며, 코일 반제품은 온도제어 코일을 고무로 토핑(topping)하여 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 온도제어 코일은 코일 반제품에서 10 ~ 15mm 정도 노출되어 상기 타이어의 밖으로 돌출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 온도제어 코일은 열 또는 냉기를 전달할 수 있는 펠티어 센서 모듈에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 펠티어 센서 모듈은 온도제어 코일에 열 또는 냉기를 전달하는 온도 전달선을 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 온도제어 코일은 차량의 실내에 구비된 실내 작동버튼의 동작에 따라 제어부에 의해 온-오프(on-off)로 제어될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 제어부는 타이어의 온도정보, 차량의 외부 온도정보, 차량의 외부 습도정보, 및 날짜 정보에 기초하여 타이어의 상태를 판단하고, 온도제어 코일에 전달되는 열 또는 냉기를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도제어 코일을 내포한 타이어의 제어부는 타이어의 온도정보가 표시되는 표시부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 온도 제어 코일을 내포한 타이어는 타이어 트레드 내에 온도조절 가능한 코일을 내포하여 혹한기 또는 혹서기에서도 타이어의 온도를 조절함으로써 타이어의 내구성능을 증대시켜 안정적인 주행이 가능하고, 타이어의 수명을 연장시켜 경제성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 고무로 토핑(topping)하여 반제품 형태로 형성된 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일이 펠티어 소자에 연결된 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어가 차량에 장착된 시스템도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

타이어는 트레드(tread), 숄더(shoulder), 사이드월(sidewall), 비드(bead), 벨트(belt), 인너라이더(inner liner), 카카스(carcass), 그루브(groove), 캡플라이(capply) 등으로 구성된다.

트레드는 타이어가 노면과 접촉하는 부분으로, 내마모성, 내컷팅성이 양호하여야 하며, 외부 충격에 견딜 수 있어야 하고, 발열이 적어야 한다.

숄더는 트레드의 가장자리로부터 사이드월의 윗부분으로써, 외관 및 방열 효과가 좋아야 한다.

사이드월은 타이어의 옆부분으로써, 카카스를 보호하고, 굴신 운동을 함으로써 승차감을 좋게 한다. 사이드월 부분에는 타이어의 종류, 규격, 구조, 패턴, 제조회사, 상표명 등 여러 가지 문자가 표시된다.

비드는 코드의 끝부분을 감싸주며, 타이어를 림(rim)에 장착시키는 역활을 하며, 비드와이어(강선), 코아(core), 플리퍼(flipper) 등으로 구성된다.

벨트는 스틸와이어 또는 섬유로 구성되며, 트레드와 카카스 사이에서 주행시 노면 충격을 감소시키고, 트레드의 노면에 닿는 부위를 넓게 유지시켜 주행 안정성을 우수하게 한다.

인너라이더는 튜브 대신 타이어 안쪽에 붙인 공기가 통과하기 어려운 특수 고무층으로, 타이어 내의 공기를 유지시켜 주는 역할을 한다.

카카스는 타이어 내부의 섬유나 스틸로 구성된 코드 층으로 하중을 지지하고, 충격에 견디면, 주행 중 굴신 운동에 대한 내피로성이 강해야 한다.

그루브는 트레드의 홈 부분으로써, 조정 안정성, 견인력, 제동성 배수성 등을 향상시킨다. 캡플라이는 벨트 위에 부착되는 특수 코드지로 주행시 성능을 향상시켜 준다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어는 상기 설명한 트레드(tread), 숄더(shoulder), 사이드월(sidewall), 비드(bead), 벨트(belt), 인너라이더(inner liner), 카카스(carcass), 그루브(groove), 캡플라이(capply)등을 포함하고 있으며, 트레드(100)와 벨트고무(200)는 온도제어 코일(300)을 내포한 코일 반제품을 설명하기 위하여 구성요소로 정의한 것이며, 상기 설명한 구성들이 포함되는 것은 자명한 사실이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 고무로 토핑(topping)하여 반제품 형태로 형성된 것을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일이 펠티어 소자에 연결된 것을 나타내는 도면이다.

도 1내지 도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어는 타이어 제조시 트레드(100)와 벨트고무(200) 사이에 배치되는 코일 반제품(300)을 포함한다.

코일 반제품(300)은 온도제어 코일(320)을 토핑고무(310)로 토핑하여 반제품형상으로 형성된다. 이때 코일 반제품(300)은 트레드(100)와 벨트고무(200) 사이에 배치되어, 벨트고무(200)를 감싸도록 형성된다. 트레드(100)는 일정한 두께로 형성되어 코일 반제품(300)을 보호하므로, 트레드(100)의 마모 한계선까지 온도제어 코일(320)을 보호할 수 있다.

온도제어 코일(320)은 코일 반제품(300)에서 10 ~ 15mm 노출되어 타이어 밖으로 돌출된다. 10 ~ 15mm 노출된 코일은 자동차에 구비된 파워 서플라이에 연결될 수 있으며, 코일 반제품(300)은 차량의 실내에 구비된 실내 작동버튼에 의해 제어된다.

토핑고무(310)는 온도제어 코일(320)의 온도 변화에 따라 그 성질이 바뀌지 않도록 교차결합이 많이 이루어진 고무재질인 것이 바람직하다. 따라서 토핑고무(310)의 성질 변화가 적으므로 온도제어 코일(320)의 온도가 올라가거나 내려갔을 때에도 토핑고무(310)의 성질이 변경되지 않으므로 열로 인한 타이어 내구성이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 코일 반제품(300)은 타이어의 온도를 제어하기 위한 펠티어 센서 모듈(330)을 구비하며, 펠티어 센서 모듈(330)은 온도제어 코일(320)과 연결된다. 펠티어 소자는 펠티어(Peltier)가 발견한 펠티어 효과에 의해서 붙여진 것으로서, 열전소자(Thermoelectric module)라고도 불린다. 펠티어 효과(Peltier Effect)는 서로 다른 두개의 소자 양단에 직류전압을 가하면 전류의 방향에 따라 한쪽 면에서는 흡열(냉각)하고 반대 면에서는 가열(발열)을 일으키는 현상이다.

펠티어 소자는 이와 같은 효과에 의해서 얻어지는 흡열 또는 가열에 의한 냉온 또는 열온을 코일 반제품(300)에 전달하여 타이어의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

펠티어 센서 모듈(330)은 펠티어 소자(331), 한 쌍의 전원 공급선(332), 방열판(333) 및 온도 전달선(334)을 구비할 수 있다.

펠티어 소자(331)는 p-n 접합의 어레이 배열된 반도체 소자로서, 전원 공급선(332)을 통해 챠량의 배터리로부터 인가되는 전원에 의해 발열 또는 냉각될 수 있다. 펠티어 소자(331)는 전원 공급선(332)을 통해 인가되는 전류의 흐름 방향이 변경되면 발열면이 냉각면으로 전환될 수 있는데, 이러한 특징을 이용하여 하나의 온도 전달선(334)에 열을 전달하거나 냉기를 전달할 수 있다.

펠티어 소자(331)에 전원이 인가되면, 페티어 소자(331)는 - 로 대전된 접점에서 흡열(냉각)이 일어나고, + 로 대전된 접점에서 전자의 열에너지 방출에 의한 가열(발열)이 일어나 발열과 냉각을 하게 된다.

펠티어 소자(331)로부터 방출되는 발열 및 냉각은 방열판(333)으로 전달된다. 이때 방열판(333)으로 전달되는 발열 및 냉각은 온도 전달선(334)을 통하여 코일(320)에 전달된다. 온도 전달선(334)은 보온재 등으로 도포되어 열손실이 방지되는 것이 바람직하다.

이때, 후술하는 제어부(400)는 펠티어 소자(331)에 인가되는 전극의 극성을 변경시켜 전류의 흐름을 바꿀 수 있다. 제어부(400)가 전류의 흐름 방향을 전환하면 온도 전달선(334)은 펠티어 소자(331)에 고정된 상태에서도 방열판(333)을 경유하여 열을 전달하거나 냉기를 전달받을 수 있다. 따라서, 온도 전달선(334)은 방열판(333)의 일면에만 접촉하면 충분하다.

펠티어 센서 모듈(330)은 팬을 더 구비할 수 있다. 팬은 방열판(333)의 외측에 배치되며, 펠티어 소자(331)가 고온으로 상승하여 허용 온도를 넘게되면 펠티어 소자(331) 내부에서 단락이 일어나 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 제어부(400)는 팬과 연동되어 펠티어 소자(331)가 일정 온도 이상으로 상승되었을 때 팬이 작동되도록 제어할 수 있다.

펠티어 센서 모듈(330)은 차량의 휨림에 배치될 있다. 펠티어 센서 모듈(330)이 타이어에 인접하게 배치되면 연손실을 방지할 수 있어 효율을 높일 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 제어 코일을 내포한 타이어가 차량에 장착된 시스템도이다.

도4를 참조하여 설명하며, 제어부(400)는 실내 작동버튼(410)의 동작에 의해서 온도제어 코일(300)의 온도를 제어하여 차량에 연결된 타이어 T1 ~ T4의 온도를 제어할 수 있다. 제어부(400)는 차량에 여러가지 기능을 제어할 수 있는 ECU(Electronic Control Unit) 일 수 있다.

제어부(400)는 타이어의 온도정보, 차량의 외부 온도정보, 차량의 외부 습도정보 및 날짜 정보 등에 기초로 하여 온도제어 코일(300)의 온도를 제어한다. 즉, 제어부(400)는 날씨 조건을 고려하여 펠티어 센서 모듈(330)의 작동을 제어하고 최적의 온도를 찾아내어 펠티어 소자(331)로부터 발생된 발열 또는 냉온을 타이어에 전달하여 타이어가 일정한 온도가 유지되도록 할 수 있다.

또한 제어부(400)는 타이어의 온도정보가 표시되는 표시부(420)를 구비할 수 있다. 따라서 운전자는 실시간으로 타이어의 온도정보를 확인할 수 있으므로 타이어의 온도변화에 따른 즉각적인 대응이 가능하다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100 : 트레드 200 : 벨트고무
300 : 온도제어 코일 310 : 토핑고무
320 : 코일 330 : 펠티어 센서 모듈
400 : 제어부 410 : 작동버튼
420 : 표시부

Claims (7)

1. 트레드;
   벨트고무; 및
   상기 트레드와 상기 벨트고무 사이에 배치되어, 타이어의 온도를 제어하는 코일 반제품;을 포함하며,
   상기 코일 반제품은,
   온도제어 코일을 고무로 토핑(topping)하여 형성되고,
   상기 온도제어 코일은,
   열 또는 냉기를 전달할 수 있는 펠티어 센서 모듈에 연결되며,
   상기 펠티어 센서 모듈은 펠티어 소자가 단락 파손되는 것을 방지하도록 상기 펠티어 소자가 허용 온도 이상으로 상승되었을 때 작동하는 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 온도제어 코일은,
   상기 코일 반제품에서 10 ~ 15mm 정도 노출되어 상기 타이어의 밖으로 돌출된 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 펠티어 센서 모듈은,
   상기 온도제어 코일에 열 또는 냉기를 전달하는 온도 전달선을 구비하며,
   온도 전달선은 상기 온도제어 코일에 연결되는 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 온도제어 코일은,
   차량의 실내에 구비된 실내 작동버튼의 동작에 따라 제어부에 의해 온-오프(on-off)로 제어되는 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 타이어의 온도정보, 차량의 외부 온도정보, 차량의 외부 습도정보, 및 날짜 정보에 기초하여 상기 타이어의 상태를 판단하고,
   상기 온도제어 코일에 전달되는 열 또는 냉기를 제어하는 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 타이어의 온도정보가 표시되는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도제어 코일을 내포한 타이어.
   
   

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