KR102634798B1 - 자기유변탄성체를 이용한 공기입 타이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기유변탄성체를 이용한 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에이팩스 고무 측면에 구성된 자기유변탄성체에 자기장을 발생시켜 자기유변탄성체의 강성을 높임으로써 핸들링 성능을 개선할 수 있는 공기입 타이어에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어는, 타이어 림에 형성되며, 내부에 중공을 형성하며 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형배관부와; 상기 환형배관부의 중공에 동심을 이루어 삽입 설치되며, 내부에 중공을 구비한 중공관체로 형성되고 그 중공관체의 외측면을 따라 코일이 권취되어 형성되는 코일부를 구비한 자기장발생부와; 상기 자기장발생부의 중공관체 내에 수용되는 자석부와; 상기 자기장발생부의 중공관체 내면에 상기 자석부의 구름접촉을 유도하여 상기 자석부가 상기 자기장 발생부의 중공관체 내부에서 원주방향을 따른 상대적 이동을 가이드할 수 있도록 배치되는 복수의 가이드볼과; 상기 자석부의 외측면 원주방향을 따라 형성되며, 상기 자기장발생부의 내측면을 따라 나란히 배치된 복수개의 가이드볼에 대응되는 위치에 형성되는 가이드홈; 및 에이팩스 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부;를 포함한다.

Description

자기유변탄성체를 이용한 공기입 타이어{Pneumatic tire using magnetorheological elastomer}

본 발명은 자기유변탄성체를 이용한 공기입 타이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에이팩스 고무 측면에 구성된 자기유변탄성체에 자기장을 발생시켜 자기유변탄성체의 강성을 높임으로써 핸들링 성능을 개선할 수 있는 공기입 타이어에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.

공기입 타이어 성형공정의 경우, 타이어에 적용되는 반제품을 성형드럼에 권취시킨 상태로 비드를 결합하고, 비드번들에 압출된 에이팩스(Apex) 고무를 부착한 후에, 성형드럼 측면에 위치하는 블래더에 압축공기가 공급되어 블래더를 팽창시키면 반제품이 비드를 감싸면서 턴업이 이루어지게 된다. 상기 에이팩스는 타이어의 비드를 감싸는 고무로 이루어져, 비드를 보호하고 외부로부터 충격을 완화하기 위하여 높은 강도를 가지고 내열성이 우수하게 설계된다.

여기서, 상기 에이팩스는 모든 성능에 부합될 수 있는 특정 에이팩스 고무 한 종류를 사용하기 때문에, 원하는 모든 성능을 만족하기는 어렵다는 단점이 있다. 예를 들어, 핸들링 성능을 높이기 위해 고강성의 에이팩스를 적용하게 되면 내구성이 상대적으로 불리해지는 trade off 관계에 있어, 모든 조건에 부합하는 에이팩스 개발이 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허 제 10-2019-0142014호에서는 "인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법"을 개시하고 있으며, 보다 상세하게는 별도의 추가 설비 없이 차 구동륜 내부의 인휠 모터를 통해 발생한 자기장과 림 쿠션에 배합된 자가도체분말의 상호작용을 유도하여 차량의 주행조건에 따라 타이어의 강성을 조절하는 장치를 개시한다.

그러나 상기 특허에서도 자가도체분말이 함유된 림 쿠션을 별도로 구비해야 하며, 자기장을 지속적으로 생성하기 위하여 전기 모터가 가동되어야 하므로 꾸준한 전력수요가 필요하다는 단점이 있었다.

1. 한국 특허공개 제10-2019-0142014호(2018.03.23 공개)

전술한 문제를 해결하기 위하여, 에이팩스 고무의 종류에 따른 한계를 극복하고 모든 성능을 만족시키기 위하여 자기유변탄성체를 적용하여 필요에 따라 강성을 조절하면서 핸들링 및 기타 성능을 만족시킬 수 있는 공기입 타이어를 제공하고자 한다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

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본 발명의 일 실시예에 따르면, 타이어 림에 형성되며, 내부에 중공을 형성하며 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형배관부와; 상기 환형배관부의 중공에 동심을 이루어 삽입 설치되며, 내부에 중공을 구비한 중공관체로 형성되고 그 중공관체의 외측면을 따라 코일이 권취되어 형성되는 코일부를 구비한 자기장발생부와; 상기 자기장발생부의 중공관체 내에 수용되는 자석부와; 상기 자기장발생부의 중공관체 내면에 상기 자석부의 구름접촉을 유도하여 상기 자석부가 상기 자기장 발생부의 중공관체 내부에서 원주방향을 따른 상대적 이동을 가이드할 수 있도록 배치되는 복수의 가이드볼과; 상기 자석부의 외측면 원주방향을 따라 형성되며, 상기 자기장발생부의 내측면을 따라 나란히 배치된 복수개의 가이드볼에 대응되는 위치에 형성되는 가이드홈; 및 에이팩스 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 타이어 회전운동 시, 상기 코일부가 설치된 자기장발생부가 회전하여 내부에 삽입된 자석부가 통과하면서 발생하는 유도전류가 상기 코일부에 흐르면서 발생하는 자기장에 의해, 상기 자기유변탄성부의 강성이 변화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 코일부는 자기장발생부의 외측면을 따라 권취되되, 복수개의 코일부가 소정거리 이격되어 나란히 배치되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 에이팩스 고무에 부착된 자기유변탄성체에 자기장을 발생시켜 강성을 조절해줄 수 있으며 그에 따른 핸들링 성능을 높일 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어에 있어서, 림에 부착된 자기장발생부와 에이팩스에 부착된 자기유변탄성부의 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어의 내부사시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공기입 타이어의 내부사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어에 있어서, 자기장발생부의 종방향 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어에 있어서, 자기장발생부의 횡방향 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 공기입 타이어의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

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본 발명의 일 실시예에 따른 공기입 타이어는, 타이어 림(1)에 형성되며, 내부에 중공을 형성하며 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형배관부(10)와, 상기 환형배관부(10)의 중공에 삽입 설치되며, 내부에 중공을 형성하고 외측면을 따라 코일이 권취되는 자기장발생부(20)와, 상기 자기장발생부(20)에 권취된 코일에 전류를 인가하는 전류공급부와, 에이팩스(3) 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부(20)로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부(40)를 포함한다.

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우선, 타이어의 휠은 차량의 하중을 지지하고 차체의 구동력과 제동력을 노면에 전달하는 역할을 하는 구성으로, 상기 휠의 외주면 끝단에 형성된 림(1)에 공기입 타이어의 비드(5)가 결합되고, 상기 비드(5)의 상부에 에이팩스(3)가 장착된다. 타이어 성형공정에서, 상기 에이팩스(3)는 삼각형 형상의 고무로 이루어져 비드(5) 상부에 장착된 상태에서 턴업이 이루어지는데, 여기서 에이팩스(3)가 비드 상부에 부착된 상태에서 상기 비드(5)를 중심으로 일측 또는 양측으로 반제품 상부에 자기유변탄성부(40)를 위치시키고 이를 턴업시킴으로써 자기유변탄성부(40)가 에이팩스(3)의 일측 또는 양측에 부착되도록 성형할 수 있다.

상기 자기유변탄성부(40)는 자기유변(Magneto-Rheological, MR) 소재를 활용할 수 있는데, 폴리머나 실리콘 기반의 고무재료에 마이크로 사이즈의 철 입자가 포함된 지능재로로써, 외부 자기장의 세기에 따라 강성이 변하는 특성을 보이는 물질이다. 본 발명에서는 자기유변탄성체(Magneto-Rheological Elastomer, MRE)를 사용하여, 상기 자기장발생부(20)에서 발생하는 자기장을 통해 자기유변탄성부(40)의 강성을 변화시키게 된다.

우선, 상기 환형배관부(10)는 내부에 중공이 형성되며, 타이어의 림(1)에 부착되어 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형의 배관으로 이루어질 수 있다. 상기 환형배관부(10)가 림(1)에 부착되는 방식으로는, 환형배관부(10) 내부에 삽입설치된 자기장발생부(20)로부터 발생한 자기장이 자기유변탄성부(40)까지 전달될 수 있도록 자기유변탄성부(40)가 부착된 에이팩스(3)에 인접한 위치에 부착되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 림(1)을 중심으로 상부에 설치된 비드(5)와 에이팩스(3)의 반대방향에 설치될 수 있으며, 별도의 접착부재를 통해 환형배관부(10)가 림(1)에 부착될 수도 있고, 림(1)에 내부가 빈 고무부재가 형성되며, 상기 고무내부에 환형배관부(10)가 삽입되는 방식으로 부착될 수도 있다.

다음으로, 상기 환형배관부(10) 내부 중공에 삽입되는 자기장발생부(20)를 더 포함할 수 있다. 상기 자기장발생부(20)는 내부에 중공을 형성할 수 있는데, 중공을 형성하는 이유는 후술하는 전류공급부를 통해 코일에 전류가 흐르면서 발생하는 자기장의 흐름을 유도하기 위함이다. 자기장이 발생하기 위해서, 상기 자기장발생부(20)의 외측면을 따라 권취되는 코일에 전류를 인가하기 위한 전류공급부(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 전류공급부는 환형배관부(10)의 내부, 보다 바람직하게는 상기 자기장발생부(20)의 내부 또는 동일선상에 설치될 수 있으며, 환형의 자기장발생부(20)를 따라 권취되는 코일의 양단부를 연결하여 전류를 공급해주게 된다.

또한, 에이팩스(3) 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부(20)로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부(40)를 포함할 수 있다. 상기 자기유변탄성부(40)는 전류공급부를 통해 코일에 전류가 공급되면 자기장발생기(20)로부타 발생한 자기장에 의해 강성을 높일 수 있다. 여기서, 자기유변탄성부(40)는 자기장의 세기에 따라 변화되는 강성이 다르기 때문에, 상기 자기장발생부(20)에 감기는 코일의 수나 전류의 세기를 조절하여 필요에 따라 자기유변탄성체(40)의 강성을 조절할 수 있다.

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본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 타이어 림(1)에 형성되며, 내부에 중공을 형성하며 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형배관부(10)와, 상기 환형배관부(10) 내부에 삽입 설치되며, 내부에 중공을 형성하고 내측면을 따라 복수개의 가이드볼(21)이 돌출 형성되는 자기장발생부(20)와, 상기 자기장발생부(20)의 외측면을 따라 권취되는 코일부(50)와, 상기 자기장발생부(20) 내부에 삽입 설치되는 자석부(60) 및 에이팩스(3) 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부(20)로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부(40)를 포함한다.

상기 환형배관부(10)와 자기장발생부(20), 자기장발생부(20)의 외측면을 따라 권취되는 코일부(50) 및 자기유변탄성부(40)의 구성은 전술한 바와 동일하고, 차이점은 상기 코일부(50)에 전류가 공급되지 않더라도 자기장을 발생시켜 자기유변탄성부(40)의 강성을 높이기 위한 방식을 개시하고자 한다.

우선, 상기 자기장발생부(20)는 내부에 중공이 형성되며, 외측면을 따라 코일부(50)가 권취되는데 자기장발생부(20) 전체에 감기는 것은 아니고, 일정한 길이만큼 감기게 된다. 다음으로, 상기 자기장발생부(20)의 내측면을 따라 복수개의 가이드볼(21)이 형성되며, 중심축을 향해 돌출되도록 이루어진다. 상기 가이드볼(21)은 자기장발생부(20) 내측면을 따라 내장되도록 인입 형성되며, 원주방향을 따라 복수개의 가이드볼(21)이 나란히 배치되도록 이루어질 수 있다. 또한, 나란히 배치된 복수개의 가이드볼(21)을 하나의 세트로 하여 복수개의 가이드볼(21) 세트가 자기장발생부(20)의 원주방향 기준으로 이격되어 배치될 수 있다.

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본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 타이어 회전운동 시, 상기 코일부(50)가 설치된 자기장발생부(20)가 회전하여 내부에 삽입된 자석부(60)가 통과하면서 발생하는 유도전류가 상기 코일부(50)에 흐르면서 발생하는 자기장에 의해, 상기 자기유변탄성부(40)의 강성이 변화되는 것을 특징으로 한다.

상기 자기장발생부(20) 내부에 삽입 설치되는 자석부(60)를 포함하며, 상기 자석부(60)는 자기장발생부(20) 내부에서 가이드볼(21)에 의해 가이드되면서 환형운동할 수 있다. 본 발명에서는, 상기 자기장발생부(20)를 포함한 환형배관부(10)가 타이어 회전운동에 따라 함께 회전하게 되고, 상기 가이드볼(21)에 의해 가이드되는 자석부(60)는 타이어가 회전하더라도 동일한 위치에서 유지되거나, 상기 타이어 회전속도 대비 저속으로 가이드되는 구조로 이루어지게 된다. 그에 따라, 상기 자석부(60)는 자기장발생부(20)의 외측면을 따라 권취된 코일부(50)를 지속적으로 통과하면서 전자기유도가 이루어지고, 그에 따라 코일부(50)에 전류가 흐르게 된다. 이렇게 코일부에(50)에 전류가 흐르면 자기장이 발생하면서 자기유변탄성부(40)의 강성을 높이게 된다.

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본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 코일부(50)는 자기장발생부(20)의 외측면을 따라 권취되되, 복수개의 코일부(50)가 소정거리 이격되어 나란히 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 코일부(50)가 환형의 자기장발생부(20) 전체에 설치될 수도 있으나, 일정간격을 두고 복수개의 코일부(50)가 나란히 배치되도록 이루어질 수도 있다. 그에 따라, 상기 자석부(60)가 복수개의 코일부(50)를 지속적으로 통과해 유도전류가 발생함으로써 더 많은 양의 자기장을 발생시킬 수도 있다.

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본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 자석부(60)의 외측면 원주방향을 따라 형성되며, 상기 자기장발생부(20)의 내측면을 따라 나란히 배치된 복수개의 가이드볼(21)에 대응되는 가이드홈(61)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자석부(60)는 자기장발생부(20) 내부의 중공에 삽입된 상태에서 자기장발생부(20)가 타이어 회전에 의해 회전함에도 회전되지 않도록 유지되는 것이 중요하다. 그에 따라, 상기 자석부(60)의 외측면에는 가이드볼(21)에 대응되는 위치에 가이드홈(61)이 형성되도록 함으로써 가이드볼(21)과 자석부(60)가 유연하게 가이드되면서 타이어의 고속 회전시에도 상기 자석부(60)는 일정한 위치를 유지하거나 상대적으로 저속 회전을 함으로써 전자기유도가 이루어질 수 있다.

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이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 림
3 : 에이팩스
5 : 비드
10 : 환형배관부
20 : 자기장발생부
21 : 가이드볼
40 : 자기유변탄성부
50 : 코일부
60 : 자석부
61 : 가이드홈

Claims (6)

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2. 타이어 림에 형성되며, 내부에 중공을 형성하며 원주방향을 따라 연장 형성되는 환형배관부;
   상기 환형배관부의 중공에 동심을 이루어 삽입 설치되며, 내부에 중공을 구비한 중공관체로 형성되고 그 중공관체의 외측면을 따라 코일이 권취되어 형성되는 코일부를 구비한 자기장발생부;
   상기 자기장발생부의 중공관체 내에 수용되는 자석부;
   상기 자기장발생부의 중공관체 내면에 상기 자석부의 구름접촉을 유도하여 상기 자석부가 상기 자기장 발생부의 중공관체 내부에서 원주방향을 따른 상대적 이동을 가이드할 수 있도록 배치되는 복수의 가이드볼;
   상기 자석부의 외측면 원주방향을 따라 형성되며, 상기 자기장발생부의 내측면을 따라 나란히 배치된 복수개의 가이드볼에 대응되는 위치에 형성되는 가이드홈; 및
   에이팩스 일측에 부착 형성되며, 상기 자기장발생부로부터 발생된 자기장에 의해 강성이 변화되는 자기유변탄성부;
   를 포함하는 공기입 타이어.
3. 제2항에 있어서,
   타이어 회전운동 시, 상기 코일부가 설치된 자기장발생부가 회전하여 내부에 삽입된 자석부가 통과하면서 발생하는 유도전류가 상기 코일부에 흐르면서 발생하는 자기장에 의해, 상기 자기유변탄성부의 강성이 변화되는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어.
4. 제2항에 있어서,
   상기 코일부는 자기장발생부 외측면을 따라 권취되되, 복수개의 코일이 소정거리 이격되어 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 공기입 타이어.
5. 삭제
6. 삭제

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