KR102066056B1 - 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 비드의 내부에 볼 형태의 영구자석을 투입하여 차량의 주행에 따라 영구자석과 나선형 비드가 반대방향으로 회전하면서 발생한 유도전력을 충전하여 사용할 수 있도록 한, 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 관한 것으로서,
휠의 림(30)과 직접 접촉되어 타이어(20)를 강력하게 고정하며 타이어(20)와 림(30) 사이의 기밀을 유지시키는 비드부(10)를 구비한 타이어(20)에 있어서,
비드부(10)는 도선이 나선형으로 권선된 코일이 타이어의 원주방향으로 배치되는 나선형 비드(11)와; 고분자 소재로 형성되어 나선형 비드(11)의 내부에 배치되는 중공관(12)과; 나선형 비드(11)와의 상호 작용을 통해 나선형 비드(11)에 유도전력이 발생하도록 중공관(12)의 내부에 자유 이동이 가능하게 구비되는 구 형상의 영구자석(13)과; 나선형 비드(11)의 양쪽 끝단에 각각 연결되어 나선형 비드(11)에 발생한 유도전력을 휠 또는 배터리로 전달하는 접지부(14); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어{Tire generating Induced electric power by using helical bead}

본 발명은 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나선형 비드의 내부에 볼 형태의 영구자석을 투입하여 차량의 주행에 따라 영구자석과 나선형 비드가 반대방향으로 회전하면서 발생한 유도전력을 충전하여 사용할 수 있도록 한, 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 관한 것이다.

최근 기술의 발달에 따라 차량에는 다양한 전기, 전자장치가 적용되고 있으며, 이로 인해 전력 사용량이 증가하고 있다. 더욱이, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차의 개발에 따라 전기를 차량 주행을 위한 에너지원으로도 이용하고 있기 때문에 전력 문제가 발생할 수 있다. 다만, 전기자동차의 경우에는 대용량 배터리를 사용하고 있어 전력 문제가 크게 발생하지 않는다.

이와 같이 자동차에서의 전기 사용량이 증가함에 따라 배터리의 용량을 키울 필요가 있는데, 배터리의 용량을 키우게 되면 중량의 증가로 인해 연비가 저하되는 단점이 있다.

특히, 하이브리드 차량의 경우에는 전력의 사용량이 많기 문에, 배터리에 유효 전력을 수시로 충전할 필요가 있다.

이에 따라, 자동차의 주행에 따라 전기를 발생하는 장치가 다양하게 연구되고 있다. 예를 들면, 제동시 또는 감속시 관성력을 전기에너지로 변환시키는 회생제동 기술과, 타이어에 작용하는 압력 변화를 이용하여 전기를 생산하는 기술 등이 있다.

한편, 타이어를 이용하여 전기를 생산하는 방법에 대하여 연구하였으나, 대부분 타이어 내부의 공기압 변화 또는 타이어의 표면에 작용하는 압력 변화를 이용하여 전기를 생산하고 있어, 전기 생산량이 적고 구조가 복잡한 문제점이 있다.

또한, 종래에는 타이어의 비드부를 충전에 사용할 수 있는 구성 요소로 사용하지 않고 있다. 이는 타이어의 비드부를 충전에 사용하기 위해서는 휠이나 휠과 타이어 사이의 공간에 많은 장비를 투입해야 하고, 장비 투입이 가능하더라도 유도전력을 발생하기 위한 코일과 코어가 같은 방향으로 회전하여 전력 생산이 불가능하기 때문이다. 따라서, 휠 기술에 큰 발전이 있어야만 사용할 수 있을 것으로 판단되며, 이 경우에도 장비가 무거워지고 부대 부품이 증가하는 문제를 피할 수 없다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 직류발전기에서 휀다에 N, S 형성된 영구자석을 부착하고, 타이어의 표면 내면에 아마추어 코일을 권취하면서 그 도선을 정류자를 경유하여 배터리에 충전하도록 함으로써, 고속도로에서 주행하는 차량에서 경제적인 부가전력을 생산하여 이를 차량의 보조전원으로 활용할 수 있는 자동차 타이어 회전을 이용한 발전 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 타이어 내부의 차량 휠에 장착되며, 코일과 상기 코일이 감긴 코어가 하나 이상 형성되는 고정면; 관 구조의 일단이 개방되고 타단에는 공기구멍을 갖는 면이 형성되며 상기 고정면에 대하여 위치가 고정되도록 설치되는 고정형 내함; 관 구조의 개방된 일단과 막힌 타단을 구비하고, 상기 개방된 일단으로 상기 고정형 내함이 상기 고정형 내함의 상기 개방된 일단부터 삽입되며, 외측에는 상기 고정면의 코일을 마주보도록 자석의 N극 및 S극이 교대로 형성된 왕복형 외함; 및 상기 왕복형 외함을 상기 고정형 내함에 대한 특정 위치에 위치시키기 위해 상기 왕복형 외함과 상기 고정형 내함 사이에 설치되는 스프링을 포함하며, 타이어의 내부에서 차량의 주행에 의해 발생하게 되는 타이어 내부의 공기압의 변화 에너지를 이용하여 발전을 하는, 타이어 내부에서 공기압 변화에 의한 왕복형 발전장치를 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 영구자석과, 상기 영구자석의 외측에 영구자석과 이격하여 권취되는 코일과, 상기 영구자석의 상부와 하부에 연결되어 영구자석에 탄성복원력을 제공하는 한 쌍의 스프링과, 상기 영구자석과 스프링 사이에 결합되는 압전소자와, 상기 코일 및 압전소자에 전기적으로 연결되어 코일 및 압전소자에서 발생한 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하며, 차량의 진동에너지와 충격 및 변형에너지를 전기에너지로 변환하는, 구조가 간단하고 효율이 좋은 차량 타이어용 자가 발전 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 4는, 원형고리를 형성하는 관상체로 이루어진 훌라후프 본체와, 상기 훌라후프 내부에 마련된 1개 이상의 자석과, 훌라후프 벽면에 감긴 1개 이상의 코일과 그 코일에 연결된 1개 이상의 발광 소자로 이루어진 훌라후프에 있어서, 훌라후프를 회전시킴에 따라 내부에서 움직이는 자석과 훌라후프에 감긴 코일에 의한 전자유도 현상에 의해 고정된 발광소자가 빛을 발하도록 한, 전자유도 발광후프를 개시하고 있다.

특허문헌 5는, 기전력을 발생시키기 위해 전선 코일과 고무자석으로 만들어진 타이어를 구비하며, 상기 전선 코일은 타이어 윗부분에 설치되며, 자동차가 주행하여 타이어가 빠른 속도로 회전하게 되면 고무자석에서 나오는 자기장과 코일의 상대운동으로 기전력을 발생시키도록 한, 자동차 타이어를 이용한 기전력 발생장치를 개시하고 있다.

KR 10-1997-0077914 A KR 10-0802245 B1 KR 10-2017-0035220 A KR 20-0265453 Y1 KR 20-2009-0003302 U JP 2012-086811 A

코일의 유도전력을 이용한 에너지 및 데이터 전송방법에 대한 연구(한국산학기술학회논문지 제17권 제7호, 607-615, 2016. 정희철, 서정화, 김경록, 구자춘)

본 발명은 관성력을 이용하여 유도전력을 발생시킴으로써 타이어의 구조 변화를 최소화하면서도 하이브리드 자동차의 배터리에 전력 충전을 더 효율적으로 수행할 수 있도록 한, 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 휠의 림과 직접 접촉되어 타이어를 강력하게 고정하며 타이어와 림 사이의 기밀을 유지시키는 비드부를 구비한 타이어에 있어서,

상기 비드부는 도선이 나선형으로 권선된 코일이 타이어의 원주방향으로 배치되는 나선형 비드와; 고분자 소재로 형성되어 상기 나선형 비드의 내부에 배치되는 중공관과; 상기 나선형 비드와의 상호 작용을 통해 나선형 비드에 유도전력이 발생하도록 상기 중공관의 내부에 자유 이동이 가능하게 구비되는 구(ball) 형상의 영구자석과; 상기 나선형 비드의 양쪽 끝단에 각각 연결되어 나선형 비드에 발생한 유도전력을 휠 또는 배터리로 전달하는 접지부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 따르면, 상기 영구자석은 중공관의 내부에 둘 이상 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 따르면, 상기 나선형 비드는 도선이 상기 중공관을 감싸도록 나선형으로 권선되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 따르면, 상기 중공관은 타이어를 휠의 림에 강력하게 고정할 수 있도록 충분한 강성을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어는, 휠에 고정되어 회전되는 나선형 비드와 중공관 내에 배치되어 관성력이 작용하는 영구자석 사이의 회전속도 차이에 따라 나선형 비드에 대한 영구자석의 상대운동에 의해 나선형 비드에서 유도전력이 발생하고, 이에 의해 나선형 비드를 따라 흐르는 유도전류를 휠 또는 배터리에 전달하여 충전할 수 있게 되고, 하이브리드 자동차에 있어서 전력 충전이 효율적으로 수행되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어의 일부가 도시된 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 비드부의 일부가 도시된 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 비드부의 접지부를 나타낸 참고도.
도 4는 본 발명에 따른 나선형 비드의 실시예를 나타낸 참고도.
도 5는 본 발명에 따른 타이어의 작동 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 휠의 림(30)과 직접 접촉되어 타이어(20)를 강력하게 고정하며 타이어(20)와 림(30) 사이의 기밀을 유지시키는 비드부(10)를 구비한 공지의 타이어(20)에 있어서, 비드부(10)는 도선이 나선형으로 권선된 코일이 타이어의 원주방향으로 배치되는 나선형 비드(11)와; 고분자 소재로 형성되어 나선형 비드(11)의 내부에 배치되는 중공관(12)과; 나선형 비드(11)와의 상호 작용을 통해 나선형 비드(11)에 유도전력이 발생하도록 중공관(12)의 내부에 자유 이동이 가능하게 구비되는 구 형상의 영구자석(13)과; 나선형 비드(11)의 양쪽 끝단에 각각 연결되어 나선형 비드(11)에 발생한 유도전력을 휠 또는 배터리로 전달하는 접지부(14); 를 포함함으로써 이루어진다.

이에 따라, 차량의 주행에 따라 타이어(20)가 회전할 때 영구자석(13)에 작용하는 관성력에 의해 나선형 비드(11)와 영구자석(13) 사이에 회전력의 차이가 발생하여 영구자석(13)이 나선형 비드(11)와는 반대 방향으로 회전하게 되고, 그로 인해 나선형 비드(11)에서 유도전력이 발생하게 됨과 아울러 이 유도전력이 접지부(14)를 통해 휠이나 배터리로 전달되어 충전된다.

여기서, 영구자석(13)은 중공관(12)의 내부에 둘 이상 복수 개가 설치되는 것이 바람직하다. 다만, 영구자석(13)의 수가 너무 많으면 영구자석(13)의 자력 사이에서 간섭이 발생할 수 있으므로, 영구자석(13)의 수는 10개 이하인 것이 바람직하다.

또한, 나선형 비드(11)는 도 4의 (a)와 같이 도선이 나선형으로 권선된 코일 자체로 이루어짐으로써 나선형 비드(11)에 중공관(12)이 삽입될 수도 있고, 도 4의 (b)와 같이 도선이 중공관(12)을 감싸도록 나선형으로 권선됨으로써 중공관(13)과 일체로 형성될 수도 있다.

여기서, 중공관(13)은 타이어(20)를 휠의 림(30)에 강력하게 고정할 수 있도록 충분한 강성을 구비하여야 함은 당연하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

차량의 주행에 따라 타이어(20)가 회전되면 비드부(10)의 나선형 비드(11)는 타이어(20)와 일체로 되어 있으므로 타이어(20)와 동일한 속도로 회전되지만, 중공관(12)의 내부에 위치한 영구자석(13)은 관성으로 인해 타이어(20)에 비해 느린 속도로 회전하게 된다.

따라서, 영구자석(13)은 타이어(20), 구체적으로는 나선형 비드(11)와는 반대 방향으로 회전하게 되고, 이로 인해 영구자석(13)의 자기장이 나선형 비드(11)에 영향을 줌으로써 나선형 비드(11)에 유도전력이 발생하게 된다.

유도전력은 전자기 유도 현상에 의해 발생하는 기전력으로, 코일을 통과하는 자기선속이 시간에 따라 변화하면 코일에 유도전력이 발생하여 유도전류가 흐르게 된다. 따라서, 코일 형태의 도선의 의해 형성된 나선형 비드(11)의 내부에서 영구자석(13)이 움직이게 되면 영구자석(13)의 자기장 영향에 따라 나선형 비드(11)에 유도전력이 발생하여 유도전류가 흐르게 되고, 이 유도전류가 접지부(14)를 통해 휠 또는 배터리로 전달되어 배터리를 충전시키게 된다.

물론, 차량이 동일한 속도로 계속 주행하게 되면 영구자석(13)의 회전속도가 타이어(20)의 회전속도에 근접하거나 동일하게 되어 유도전력의 발생량이 감소하거나 줄어들게 된다. 하지만, 차량이 항상 동일한 속도로 주행하지 않기 때문에 관성력이 작용하는 영구자석(13)과 나선형 비드(11)의 회전속도에는 차이가 발생할 수밖에 없고 그로 인해 유도전력이 항상 발생한다.

즉, 차량이 가속 또는 감속하거나 정지할 때 관성력이 작용하는 영구자석(13)의 회전속도는 타이어(20)의 회전속도가 변화하는 것에 비해 느리게 변화할 수밖에 없고, 그로 인해 영구자석(13)과 나선형 비드(11) 사이에서는 회전속도의 차이가 발생하여 나선형 비드(11)에서 유도전력이 발생하는 것이다.

따라서, 영구자석(13)이 나선형 비드(11) 내에서 계속 이동하면서 발생하는 유도전력을 배터리에 충전할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...비드부
11...나선형 비드
12...중공관
13...영구자석
14...접지부
20...타이어
30...림

Claims (4)

1. 휠의 림(30)과 직접 접촉되어 타이어(20)를 강력하게 고정하며 타이어(20)와 림(30) 사이의 기밀을 유지시키는 비드부(10)를 구비한 타이어(20)에 있어서,
   비드부(10)는 도선이 나선형으로 권선된 코일이 타이어의 원주방향으로 배치되는 나선형 비드(11)와;
   고분자 소재로 형성되어 나선형 비드(11)의 내부에 배치되는 중공관(12)과;
   나선형 비드(11)와의 상호 작용을 통해 나선형 비드(11)에 유도전력이 발생하도록 중공관(12)의 내부에 자유 이동이 가능하게 구비되는 구 형상의 영구자석(13)과;
   나선형 비드(11)의 양쪽 끝단에 각각 연결되어 나선형 비드(11)에 발생한 유도전력을 휠 또는 배터리로 전달하는 접지부(14); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어.
2. 청구항 1에 있어서,
   영구자석(13)은 중공관의 내부에 둘 이상 복수 개가 설치되는 것을 특징으로 하는 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어.
3. 청구항 1에 있어서,
   나선형 비드(11)는 도선이 중공관(12)을 감싸도록 나선형으로 권선되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   중공관(13)은 타이어(20)를 휠의 림(30)에 강력하게 고정할 수 있는 강성을 구비하는 것을 특징으로 하는 나선형 비드를 이용하여 유도전력을 충전하는 타이어.

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