KR102097003B1 - 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠에 관한 것으로, 외주면에 림부가 구비되는 휠과 상면에 공명홀이 구비되어 상기 림부를 감싸며 일정 간격 이격되어 결합하는 적어도 하나 이상의 공명통 및 상기 공명홀에 각각 결합하여 상기 림부 공동의 온도 변화에 따라 수축 팽창하는 주름관이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관과 상기의 각각의 공명통은 길이 조절이 가능한 링 형상의 적어도 1개 이상인 와이어에 의하여 고정되도록 구성되어 휠과 타이어의 결합 상태에서 주행 시 발생되는 공동의 온도변화에 따라 변화되는 음속 값을 상쇄시킬 수 있도록 주름관과 체적 조절 부재를 구비하는 구성을 통해 공명 주파수를 유지하여 노이즈를 효과적으로 저감하여 안정적인 승차감과 탑승자의 불쾌감을 최소화 할 수 있다.

Description

타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠{Resonance Wheel adapted to tire inner temperature change}

본 발명은 차량용 휠에 관한 것으로 보다 상세하게는 알루미늄 휠을 감싸는 공명통과 이와 결합하여 온도 변화에 따라 수축 팽창하여 소통관의 길이가 가변될 수 있도록 구성되어 공명음을 저감하여 노이즈 차단 효과를 갖는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠에 관한 것이다.

타이어는 차량의 전체 하중을 지지하는 지지 기능, 차량의 구동력과 제동력을 노면에 전달하는 동력 전달 기능, 차량이 불규칙적인 노면 상태를 갖는 노면을 주행하는 때 불규칙적인 노면 상태를 갖는 노면에 의해 발생하여 차량으로 전달되는 외부 충격을 완화시키는 충격 완화 기능 및 차량의 진행 방향을 전환하는 진행 방향 전환 기능 등 다양한 기능을 갖는다.

일반적으로 자동차는 타이어 내주면이 휠에 구성된 림의 내부에 부착되어 사용되고, 림에 부착된 타이어의 내부에는 압축 공기가 주입되어 차체를 지지하는 구성을 갖는다. 이렇게 타이어 내부에는 음파가 공명할 수 있는 공동이 마련되어 차량의 주행 시 노면과 지속적인 마찰이 이루어지고 이로 인한 림의 진동과 타이어 구조로 타이어 내부에서는 공명소음이 발생하게 된다.

상기와 같이 발생하는 노이즈로 인하여 차량 탑승자에게 불쾌감을 주고 자동차 외부에는 소음 공해를 발생시키는 문제점이 있다. 특히, 고속 주행 시 노이즈는 더욱 커져 이를 감소시키기 위하여 휠의 림과 타이어 사이에 흡음재를 구비하거나 림에 패턴 등을 추가하는 다양한 기술들이 공지되어 있다.

그리고, 타이어 공기실 내에서 발생하는 노이즈를 저감하기 위하여 일본 등록특허공보 제05819340호에서는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 블로워 성형(Blower Molding)을 통하여 제작되는 에어 챔버를 휠에 억지 끼움으로 결합하고 상기의 에어 챔버 측면에 통공을 구비하는 차량용 휠을 개시하고 있으나 이는 타이어 내부에서 발생되는 온도 변화에 따라 변화되는 음속으로 인해 가감되는 노이즈를 효과적으로 저감할 수 없는 문제점이 있다.

일본 등록특허공보 제05819340호(2015.10.09)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 휠과 타이어 가 결합되어 구성되는 공동에서 발생되는 온도변화에 따라 팽창 수축되는 소통관과 공명통의 체적 조절을 통하여 타이어 공동으로 전달되는 공명 소음 저감 효과를 갖는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠을 제공하는 것을 목적으로 한다.

목적을 달성하기 위한 구성으로는 외주면에 림부가 구비되는 휠과 상면에 공명홀이 구비되어 상기 림부를 감싸며 일정 간격 이격되어 결합하는 적어도 하나 이상의 공명통 및 상기 공명홀에 각각 결합하여 상기 림부 공동의 온도 변화에 따라 수축 팽창하는 주름관이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관으로 구성되는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠이다.

보다 상세하게는 각각의 공명통은 길이 조절이 가능한 링 형상의 적어도 1개 이상인 와이어에 의하여 고정되고 상기 공명홀과 소통관은 억지끼움 또는 융착에 의하여 결합될 수 있고 다른 특징으로는 상기 공명홀 외주부에는 함몰부가 구비되어 상기 소통관이 공명통 상측으로 노출되지 않게 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 특징으로는 상기 공명통 외주부에 구성된 돌출부가 구비되되, 상기 소통관 하측 내부로 삽입되어 결합하고, 상기 공명통과 소통관 하부 사이에 적어도 하나 이상의 탄성수단이 구비되어 체결된다.

본 발명의 또 다른 특징으로는 체적 조절 부재가 구비되어 상기 공명통에 상측에 구비되는 체적 조절 부재 결합 홀에 결합하며, 상기 체적 조절 부재는 상기 공명통 내부로 나사결합하여 삽입되는 길이가 조절되어 상기 공명통의 체적을 조정하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠은 휠과 타이어의 결합 상태에서 주행 시 발생되는 공동의 온도변화에 따라 변화되는 음속 값을 상쇄시킬 수 있도록 소통관과 체적 조절 부재를 구비하는 구성을 통해 공명 주파수를 유지하여 노이즈를 효과적으로 저감하여 안정적인 승차감과 탑승자의 불쾌감을 최소화 할 수 있다.

도 1은 기존의 차량용 휠의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 사시도로 이를 참고하여 본원발명의 구성을 설명하면 하기와 같다.
도 3은 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 공명통과 소통관 결합 제 1실시 예의 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 공명통과 소통관 결합 제 2실시 예의 단면도.
도 4b는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 공명통과 소통관 결합 제 3실시 예의 단면도.
도 4c는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 공명통과 소통관 결합 제 4실시 예의 단면도.
도 4d는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 공명통의 체적을 조절하는 실시 예의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 주름관에 결합되는 가중체 결합 실시 예의 단면도.

본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 구성에 적용되는 기본 원리로는 헬름홀츠의 공명이론(Helmholtz Resonance Theory)이 활용되고 아래 참고도를 참조하여 헬름홀츠 공식에 따르면 공명 주파수(F_resonance)는 속도(v)에 비례하고, 휠의 지름에 반비례하며, 개구부의 단면적(A)과 비례하고 공명통의 체적(V) 및 개구부의 길이(L)에 반비례하는 것을 확인할 수 있다.

상기의 헬름홀츠 공명이론 참고도를 바탕으로 본원발명의 공명음 저감 원리를 설명하자면, 휠(10)과 타이어가 결합되어 이루어지는 공동에서 발생되는 특별한 정상파가 개구부인 소통관(30)을 통해 공명통(20) 안으로 들어오게 되고 그 정상파의 파형에 대한 새로운 역상 형태의 진동으로 변하여 공명통(20) 밖으로 산출되어 나오게 되어 특정한 주파수에 대한 위상변이가 발생하면서 공동 내에서의 특정 정상파가 소멸하게 되는 원리를 바탕으로 한다.

보다 세부적으로, 상기 수식에서 v는 음속 값으로 이는 온도변화에 따라 음속 값이 변하게 되며 이로 인해 공명 주파수(F_resonance)를 결정짓는 변수가 된다.

참고로, 음속은 0℃ 1기압에서 매질인 공기에서는 331m/s의 속도를 가진다. 공기 속에서 T℃일 때의 음속은 다음과 같다.

v=(331.5 + 0.61T)

즉, 온도가 1℃ 높아지면 0.61m/s씩 빨라지며 실온에서는 음속은 약 340m/s로 구할 수 있다. 이같이 온도변화에 따른 음속 값의 변화를 상쇄할 수 있는 물리적인 변수는 헬름홀츠 공식에서 보듯이 공명통의 체적(V) 및 개구부의 길이(L)가 있고, 이를 본원발명에 대비 시 소통관(30)에 구성된 주름관(31)을 온도에 따라 수축 또는 팽창될 수 있도록 제작하여 개구부의 길이(L)의 신축 정도가 조정될 수 있고 체적 조절 부재(41)를 통해 공명통(20)의 체적(V)을 변화시켜 음속 값(v)의 변화로 인한 공명 주파수 값을 유지할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 사시도이고, 도 3 내지 도 4는 각각 본 발명의 구성요소인 공명통과 소통관의 결합을 나타내는 실시 예로써, 이를 참고하여 본원발명의 구성을 설명하면 하기와 같다.

타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠에 있어서, 외주면에 림부(11)가 구비되는 휠(10)과; 상면에 공명홀(21)이 구비되어 상기 림부(11)를 감싸며 일정 간격 이격되어 결합하는 적어도 하나 이상의 공명통(20); 및 상기 공명홀(21)에 각각 결합하여 상기 림부(11) 공동의 온도 변화에 따라 수축 팽창하는 주름관(31)이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(30);을 포함하고, 상기 각각의 공명통(20)은 길이 조절이 가능한 링 형상의 적어도 1개 이상인 와이어(51)에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠이다.

도 3에서는 상기 공명홀(21)과 소통관(30)은 억지끼움으로 결합되게 하는 실시 예를 확인할 수 있고, 도 4a를 통해서는 상기 공명홀(21)과 소통관(30)은 융착에 의한 결합 방법을 확인할 수 있다. 또한 도 4b는 상기 공명홀(21) 외주부에는 함몰부(21a)가 구비되어 상기 소통관(30)이 공명통(20) 상측으로 노출되지 않는 구성을 통해 결합되며, 도 4c는 상기 공명통(20) 외주부에 구성된 돌출부(21b)가 구비되되, 상기 소통관(30) 하측 내부로 삽입되어 결합하고, 상기 공명통(20)과 소통관(30) 하부 사이에 적어도 하나 이상의 탄성수단(32)이 구비되는 실시 예를 확인 할 수 있다. 또한 도 4d에서는 체적 조절 부재(41)가 구비되어 상기 공명통(20)에 상측에 구비되는 체적 조절 부재 결합 홀(21c)에 결합하며, 상기 체적 조절 부재(41)는 상기 공명통(20) 내부로 삽입되는 길이가 조절되어 상기 공명통(20)의 체적이 조정되는 구성을 가진다. 이를 통해서는 상기의 헬름홀츠 공식에서 보듯이 공명통의 체적(V)에 대비되는 체적 조절 부재(41)와 개구부의 길이(L)에 대비되는 소통관(30)을 함께 구비하여 온도에 따라 변화되는 음속 값(v)에 대응 가능한 변수의 구성요소로서 이루어진다.

또한, 도 5는 본 발명에 따른 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠의 주름관에 결합되는 가중체 결합 실시 예를 나타내는 것으로, 상기 주름관(31)에는 적어도 하나 이상의 가중체(51)가 결합되고 이는 상기 휠(10)의 회전 시 발생되는 원심력에 영향을 주게 된다. 이는 타이어 내부 온도에 따라 상기 주름관(31)이 수축 팽창되면서 소통관(30)의 길이가 변화될 시 원심력과 함께 신축 정도를 보다 확대시킬 수 있는 기능을 제공하게 된다. 상기 가중체(51)의 재료는 금속과 같이 일정 무게가 제공될 수 있는 것으로 구성할 수 있으며 이는 알루미늄, 구리, 금, 은, 철 등이 될 수 있다. 상기 주름관(31)과는 와이어와 같은 체결부재를 통한 결합 방식을 이용할 수 있고 주름에 억지끼움하여 고정할 수도 있다.

상기 주름관(31)은 신축이 가능할 수 있도록 제작되어야 하고, 이는 선팽창계수를 바탕으로 휠(10)과 타이어 결합 시 발생되는 공동에서 발생되는 온도 변화 값을 예측하여 특정 공명주파수가 유지될 수 있도록 소통관(30)의 개구부 길이(L)가 조정되는 범위가 관리될 수 있도록 한다. 선팽창계수는 온도가 변함에 따라 물체의 길이가 늘어나는 현상으로 이 늘어나는 정도를 나타내는 계수로써, 일반적인 금속의 선팽창 계수는 5*

~25*

[1/℃] 이고, 합성 수지의 고분자 재료의 선팽창 계수는 50*

~ 400*

[1/℃] 의 범위를 가지고 있어 이에 따라 주름관(31) 재료를 결정하게 된다.

상기와 같이 본 발명을 통해서, 휠(10)과 타이어의 결합 상태에서 주행 시 발생되는 공동의 온도변화에 따라 변화되는 음속 값을 상쇄시킬 수 있도록 소통관(30)과 체적 조절 부재(41)를 구비하는 구성을 통해 공명 주파수를 유지할 수 있도록 조절하며, 이를 통해 공명 주파수에 대한 위상변이를 발생시켜 공동 내에서의 특정 정상파를 소멸시킴으로써 주행 간 발생되는 노이즈를 효과적으로 저감하여 안정적인 승차감과 탑승자의 불쾌감을 최소화 할 수 있다.

본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

10. 휠 11. 림부
20. 공명통 21. 공명홀
21a. 함몰부 21b. 돌출부
21c. 체적 조절 부재 결합 홀 30. 소통관
31. 주름관 32. 탄성수단
41. 체적 조절 부재 51. 가중체
L. 개구부의 길이

Claims (9)

1. 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠에 있어서,
   외주면에 림부(11)가 구비되는 휠(10)과;
   상면에 공명홀(21)이 구비되어 상기 림부(11)를 감싸며 일정 간격 이격되어 결합하는 적어도 하나 이상의 공명통(20); 및
   상기 공명홀(21)에 각각 결합하여 상기 림부(11) 공동의 온도 변화에 따라 수축 팽창하는 주름관(31)이 구비되어 중공을 가지는 원기둥 형상의 소통관(30);으로 이루어지고,
   상기 공명홀(21) 외주부에는 함몰부(21a)가 구비되어 상기 소통관(30)이 공명통(20) 상측으로 노출되지 않는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 공명홀(21)과 소통관(30)은 억지끼움으로 결합되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 공명홀(21)과 소통관(30)은 융착에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 공명통(20) 외주부에 구성된 돌출부(21b)가 구비되되,
   상기 소통관(30) 하측 내부로 삽입되어 결합하고, 상기 공명통(20)과 소통관(30) 하부 사이에 적어도 하나 이상의 탄성수단(32)이 구비되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 주름관(31)에는 적어도 하나 이상의 가중체(51)가 결합되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
7. 제 1항 내지 제 3항, 제 5항, 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
   체적 조절 부재(41)가 구비되어 상기 공명통(20)에 상측에 구비되는 체적 조절 부재 결합 홀(21c)에 결합하며, 상기 체적 조절 부재(41)는 상기 공명통(20) 내부로 삽입되는 길이가 조절되어 상기 공명통(20)의 체적이 조정되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 각각의 공명통(20)은 길이 조절이 가능한 링 형상의 적어도 1개 이상인 와이어(51)에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 체적 조절 부재(41)와 상기 체적 조절 부재 결합 홀(21c)은 나사 결합하여 상기 체적 조절 부재(41)의 회전에 의하여 공명통(20) 내부로 삽입되는 길이가 조절되는 것을 특징으로 하는 타이어 내부 온도변화에 대응 가능한 공명 휠.

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