KR102643009B1 - 에어리스 타이어 및 에어리스 타이어의 모드 변경 방법 - Google Patents

에어리스 타이어 및 에어리스 타이어의 모드 변경 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어리스 타이어에 관한 것이다. 본 발명은 모듈형 타이어로서, 복수의 제1 타이어 모듈과 제2 타이어 모듈이 연결되되, 어느 하나의 타이어 모듈의 돌기가 이웃하는 타이어 모듈의 홈에 끼워져, 제2 타이어 모듈의 회전에 의해 회전 이동된다. 모든 타이어 모듈의 위상이 동일하게 정렬된 상태를 계단 등반 모드, 타이어 모듈의 위상이 적어도 2개 이상 상이하도록 펼쳐진 상태를 평지 주행 모드라 한다.
본 발명에 따르면 동일한 형태의 타이어 모듈을 병렬하여 타이어를 제조함으로써 제조 및 유지 보수가 용이하고, 지면의 상태에 따라 다른 모드를 선택하여 안정적인 주행이 가능하다.

Description

에어리스 타이어 및 에어리스 타이어의 모드 변경 방법 {Airless tire and mode changing method of airless tire}
본 발명은 에어리스 타이어 및 에어리스 타이어의 모드 변경 방법에 관한 것으로, 구동축, 구동축의 내측에 위치하며 구동축과 독립적으로 회전하는 회전축, 구동축에 장착되고 일측면에 복수의 제1 돌기가 형성되고 타측면에 복수의 제1 홈이 형성되는 제1 휠과, 제1 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제1 트레드를 구비하는 제1 타이어 모듈, 제1 타이어 모듈의 타측면에 접하여 구동축에 장착되고 일측면에 복수의 제2 돌기가 형성되고 타측면에 고정부가 구비되며 회전축의 일단에 고정되는 제2 휠과, 제2 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제2 트레드를 구비하는 제2 타이어 모듈을 포함하는 에어리스 타이어 및 그 모드 변경 방법에 관한 것이다.
타이어는 자동차를 비롯한 다양한 이동 수단에 사용된다. 일반적으로 공기압 타이어는 타이어 내부에 공기가 충진되어, 차체의 무게를 견디고 노면의 요철에 의한 충격을 흡수하여 안전을 도모할 뿐 아니라 승차감도 높일 수 있다.
하지만, 공기압 타이어는 기온에 따라 공기압이 달라지거나, 사용 중 공기압이 낮아지는 등의 문제가 있다. 또한, 주행 중 노면의 요철에 의해 파손이 되는 경우 큰 사고로 이어질 수 있다는 문제가 있다. 이에 따라, 공기압 타이어의 단점을 극복하기 위하여 에어리스 타이어가 개발되고 있다.
한편, 지상무인이동체가 다양한 용도로 개발되면서 일반 도로가 아닌 요철이 많은 험지 또는 계단 상을 주행하는 이동체가 개발되고 있다. 무인이동체의 주행 수단으로서 공기압 타이어를 이용하는 경우, 험지나 단차가 있는 노면에서 주행이 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 험지나 단차가 있는 노면에서도 문제 없이 주행할 수 있는 에어리스 타이어의 개발이 필요하다. 또한, 유지 보수가 용이한 에어리스 타이어의 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제2019-0032053호(2019.03.27)
본 발명은 요철이 심한 노면, 계단 등을 등반할 수 있는 에어리스 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 유지 보수가 용이한 에어리스 타이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어는 구동축, 회전축, 제1 타이어 모듈, 제2 타이어 모듈을 포함한다. 회전축은 구동축의 내측에 위치하며, 구동축과 독립적으로 회전할 수 있다. 제1 타이어 모듈은 구동축에 장착되고 일측면에 복수의 제1 돌기가 형성되고 타측면에 복수의 제1 홈이 형성되는 제1 휠과, 제1 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제1 트레드를 구비할 수 있다. 제2 타이어 모듈은 제1 타이어 모듈의 타측면에 접하여 구동축에 장착되고 일측면에 복수의 제2 돌기가 형성되고 타측면에 고정부가 구비되며 회전축의 일단에 고정되는 제2 휠과, 제2 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제2 트레드를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 타이어 모듈은 복수 개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어 모듈에서 제2 타이어 모듈의 제2 돌기는 제1 타이어 모듈의 제1 홈에 끼워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 돌기 및 제2 돌기는 각각 3개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 홈은 각각 3개일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 홈은 원호 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 트레드는 탄성 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 트레드는 제1 휠 및 제2 휠과 상이한 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 트레드는 제1 휠 및 제2 휠과 동일한 재질일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 트레드에는 원주 방향으로 적어도 하나의 그루브가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 복수의 제1 타이어 모듈 및 제2 타이어 모듈 중 적어도 2개의 타이어 모듈은 동일 위상일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 에어리스 타이어는 요철이나 단차가 있는 지형을 쉽게 등반할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 에어리스 타이어는 복수의 타이어 모듈이 개별적으로 장착되어 유지 보수가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 전체적 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 제1 타이어 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 제2 타이어 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전한 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 복수의 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 복수의 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전하여 원형을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 타이어 모듈이 상대 회전하기 전후 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 펼쳐진 상태를 측면에서 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어가 계단을 등반하기 위한 높이를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어가 계단을 등반하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 타이어 모듈의 개수가 상이한 에어리스 타이어를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 전체적 형상을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 제1 타이어 모듈을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 제2 타이어 모듈을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어 (1000)는 구동축(1100), 회전축(1200), 제1 타이어 모듈(1300), 제2 타이어 모듈(1400)을 포함한다. 구동축(1100)은 내연 기관 또는 모터의 회전력을 전달받아, 에어리스 타이어(1000)를 회전시킨다.
회전축(1200)은 구동축(1100)의 내측에 위치하며, 구동축(1100)과는 독립적으로 회전할 수 있다. 회전축(1200)은 제1 및 제2 타이어 모듈(1300, 1400)을 서로에 대해 상대 회전하도록 한다.
제1 타이어 모듈(1300)은 구동축(1100)에 장착된다. 제1 타이어 모듈(1300)은 복수 개가 구비될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 타이어 모듈(1300)은 제1 휠(1310)과 제1 트레드(1320)를 구비한다. 제1 휠(1310)은 구동축(1100)과 연결되는 것으로, 탄성 소재로 형성될 수도 있고, 필요에 따라 제1 타이어 모듈(1300)의 강성을 확보하기 위하여 스틸 등의 금속으로 형성될 수도 있다.
제1 휠(1310)은 소정의 두께를 가진 판형으로 제1 면(1310a)과 제2 면(1310b)을 가진다. 제1 면(1310a)에는 복수의 돌기(1311)가 형성된다. 복수 돌기(1311)는 각각 제1 휠(1310) 중심으로부터의 거리가 동일하다. 복수 돌기(1311)는 등각도 간격으로 배치된다. 복수의 돌기(1311)는 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 돌기(1311)는 3개가 형성되었지만, 이에 한정되지는 않는다.
제1 면(1310a)의 반대측면인 제2 면(1310b)에는 복수의 홈(1312)이 형성된다. 홈(1312)은 원호 형상을 갖는다. 복수의 홈(1312)은 각각 제1 휠(1310)의 중심으로부터의 동일 거리만큼 이격되어 위치한다. 복수의 홈(1312)은 등각도 간격으로 배치된다. 복수의 홈(1312)의 개수는 복수의 돌기(1311)의 개수와 동일할 수 있다.
제1 휠(1310)의 중심에는 구동축(1100)과 연결되도록, 관통공(1313)이 형성된다. 관통공(1313)을 통해 제1 타이어 모듈(1300)은 구동축(1100)에 장착되어 구동축(1100)의 회전력을 전달받는다.
제1 휠(1310)에는 복수의 제1 트레드(1320)가 연결된다. 연결되는 제1 트레드(1320)의 개수는 3개일 수 있다. 제1 트레드(1320)는 등각도 간격으로 연결된다. 제1 트레드(1320)는 탄성 재질로 형성될 수 있다. 제1 트레드(1320)는 제1 휠(1310)과 동일 재질이거나 상이한 재질로 형성될 수 있다. 제1 트레드(1320)가 제1 휠(1310)과 상이한 재질로 형성되는 경우, 탄성 재질의 제1 트레드(1320)가 스틸 재질의 제1 휠(1310)에 결합될 수 있다. 제1 트레드(1320)가 제1 휠(1310)과 동일 재질로 형성되는 경우, 제1 트레드(1320)는 제1 휠(1310)과 일체로 형성될 수 있다. 제1 휠(1310)과 제1 트레드(1320)는 소정의 두께를 가진 판형으로 형성되며, 동일 두께를 갖는다. 따라서 제1 휠(1310)의 강성을 고려하는 경우, 제1 트레드(1320)의 탄성이 저하될 우려가 있다. 이를 해결하기 위해, 제1 트레드(1320)의 원주면에는 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 그루브가 형성될 수 있다. 제1 트레드(1320)는 그루브에 의해 탄성 변형이 용이하고, 지면 접촉 후 원래의 형상으로 쉽게 복원될 수 있다.
제1 타이어 모듈(1300)은 복수 개가 구비될 수 있다. 제1 타이어 모듈(1300)은 복수 개가 동일한 형상을 갖기 때문에 제작이 용이하고, 유지 보수 과정에서 필요한 타이어 모듈만 교체 가능하여 유지 보수도 용이하다.
제2 타이어 모듈(1400)은 제1 타이어 모듈(1300)의 타측면에 접하여 연결된다. 제2 타이어 모듈(1400)은 구동축(1100)에 장착된다. 제2 타이어 모듈(1400)의 형상은 제1 타이어 모듈(1300)의 형상과 동일하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2 타이어 모듈(1400)은 제2 휠(1410)과 제2 트레드(1420)를 구비한다. 제2 휠(1410)은 구동축(1100)과 연결되는 것으로, 탄성 소재로 형성될 수도 있고, 필요에 따라 제2 타이어 모듈(1400)의 강성을 확보하기 위하여 스틸 등의 금속으로 형성될 수도 있다.
제2 휠(1410)은 소정의 두께를 가진 판형으로 제1 면(1410a)과 제2 면(1410b)을 가진다. 제1 면(1410a)에는 복수의 돌기(1411)가 형성된다. 복수 돌기(1411)는 각각 제2 휠(1410)의 중심으로부터의 거리가 동일하다. 복수의 돌기(1411)는 등각도 간격으로 배치되며, 제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)와 동일한 개수 및 간격으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 돌기(1311, 1411)는 3개가 형성되었지만, 이에 한정되지는 않는다.
제2 휠(1410)의 중심에는 구동축(1100)과 연결되도록, 관통공(1413)이 형성된다. 관통공(1413)을 통해 제2 타이어 모듈(1400)은 구동축(1100)에 장착되어 구동축(1100)의 회전력을 전달받는다.
제1 면(1410a)의 반대측면인 제2 면(1410b)에는 회전축(1200)의 고정부(1430)가 구비된다. 고정부(1430)는 제2 타이어 모듈(1400)을 회전축(1200)에 고정시키며, 제2 타이어 모듈(1400)은 회전축(1200)과 같이 회전한다. 회전축(1200)은 구동축(1100)과 독립적으로 회전하며, 에어리스 타이어의 모드 변경을 위하여 회전축(1200)은 제2 타이어 모듈(1400)을 회전시킨다.
제2 휠(1410)에는 복수의 제2 트레드(1420)가 연결된다. 연결되는 제2 트레드(1420)의 개수는 3개일 수 있다. 제2 트레드(1420)는 등각도 간격으로 연결된다. 제2 트레드(1420)는 탄성 재질로 형성될 수 있다. 제2 트레드(1420)는 제2 휠(1410)과 동일 재질이거나 상이한 재질로 형성될 수 있다. 제2 트레드(1420)가 제2 휠(1410)과 상이한 재질로 형성되는 경우, 탄성 재질의 제2 트레드(1420)가 스틸 재질의 제2 휠(1410)에 결합될 수 있다. 제2 트레드(1420)가 제2 휠(1410)과 동일 재질로 형성되는 경우, 제2 트레드(1420)는 제2 휠(1410)과 일체로 형성될 수 있다. 제2 휠(1410)과 제2 트레드(1420)는 소정의 두께를 가진 판형으로 형성되며, 동일 두께를 갖는다. 따라서 제2 휠(1410)의 강성을 고려하는 경우, 제2 트레드(1420)의 탄성이 저하될 우려가 있다. 이를 해결하기 위해, 제2 트레드(1420)의 원주면에는 원주 방향을 따라 적어도 하나 이상의 그루브가 형성될 수 있다. 제2 트레드(1420)는 그루브에 의해 탄성 변형이 용이하고, 지면 접촉 후 원래의 형상으로 쉽게 복원될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전한 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 복수의 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전한 상태를 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제2 타이어 모듈이 복수의 제1 타이어 모듈에 대하여 상대 회전하여 원형을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
제1 타이어 모듈(1300)은 복수 개가 구비되어 서로 병렬 연결된다. 제1 타이어 모듈(1300)은 복수 개가 구비되어, 제1 타이어 모듈(1300)은 이웃하는 제1 타이어 모듈(1300'), 제1 타이어 모듈(1300"), …에 순차적으로 연결된다.
하나의 제1 타이어 모듈(1300)에 형성된 돌기(1311)는 이웃하는 제1 타이어 모듈(1300')에 형성된 홈(1312)에 끼워진다. 복수의 돌기(1311)와 복수의 홈(1312)은 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 홈(1312)의 내측 폭은 돌기(1311)의 직경과 동일하며, 돌기(1311)는 홈(1312) 내에서 슬라이딩하여 회전 이동할 수 있다.
병렬로 연결된 복수의 제1 타이어 모듈(1300) 중 마지막 열에 배치된 제1 타이어 모듈(1300)에 제2 타이어 모듈(1400)이 연결된다. 제2 타이어 모듈(1400)에 형성된 돌기(1411)는 이웃하는 제1 타이어 모듈(1300)에 형성된 홈(1312)에 끼워진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제2 타이어 모듈(1400)은 회전축에 의해 반시계 방향으로 회전한다. 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)는 제2 타이어 모듈(1400)과 접하는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)에 끼워진다. 에어리스 타이어(1000)의 계단 구동 모드인 초기 상태에서 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)의 위치는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)의 우측 끝이다. 제2 타이어 모듈(1400)이 반시계 방향으로 회전하면서, 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312) 내에서 슬라이딩하여 회전 이동한다. 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)의 좌측 끝까지 이동한다. 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)가 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)의 좌측 끝까지 이동하면, 제2 타이어 모듈(1400)의 제1 타이어 모듈(1300)에 대한 상대 회전이 완료된다. 제2 타이어 모듈(1400)의 제1 타이어 모듈(1300)에 대한 상대 회전 각도는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)의 원주각에 따라 달라진다.
다음으로, 제2 타이어 모듈(1400)이 회전축에 의해 회전을 계속하면, 제2 타이어 모듈(1400)에 접한 제1 타이어 모듈(1300)은 홈(1312)이 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)에 걸려 같이 회전하게 된다. 여기서, 제1 타이어 모듈(1300)의 제1 면(1310a)은 제1 타이어 모듈(1300')과 이웃하여 접한다. 이하 설명에서는 편의를 위해, 제2 타이어 모듈(1400)에 접하는 제1 타이어 모듈을 1300으로, 제1 타이어 모듈(1300)에 순차적으로 연결된 제1 타이어 모듈을 1300', 1300"으로 표시한다.
제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)는 제1 타이어 모듈(1300)과 접하는 제1 타이어 모듈(1300')의 홈(1312')에 끼워진다. 추가로 회전하기 전 상태에서, 제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)의 위치는 제1 타이어 모듈(1300')의 홈(1312')의 우측 끝이다. 제2 타이어 모듈(1400)이 반시계 방향으로 회전하면서, 제1 타이어 모듈(1300)에 대하여 상대 이동하고, 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1311)은 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)에 걸려 이동이 제한된다. 이 상태에서 제2 타이어 모듈(1400)이 더 회전을 하면, 제2 타이어 모듈(1400)과 제1 타이어 모듈(1300)은 같이 회전하게 된다.
제1 타이어 모듈(1300)이 회전하면서, 제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)는 이웃하는 제1 타이어 모듈(1300')의 홈(1312') 내에서 슬라이딩하며 회전 이동한다. 제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)는 이웃하는 제1 타이어 모듈(1300')의 홈(1312')의 좌측 끝까지 이동한다. 제1 타이어 모듈(1300)의 돌기(1311)가 제1 타이어 모듈(1300')의 홈(1312')의 좌측 끝까지 이동하면, 제1 타이어 모듈(1300)의 제1 타이어 모듈(1300')에 대한 상대 이동이 완료된다. 도 5는 제2 타이어 모듈(1400) 및 제1 타이어 모듈(1300)이 제1 타이어 모듈(1300')에 대하여 상대 회전한 상태를 나타낸 것으로, 제2 타이어 모듈(1400)의 회전에 의해 각각의 타이어 모듈(1300, 1300')이 펼쳐지는 것을 볼 수 있다. 제1 타이어 모듈(1300)의 제1 타이어 모듈(1300')에 대한 상대 회전 각도는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312)의 원주각에 따라 달라진다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 타이어 모듈(1400)이 회전을 하면, 서로 이웃하여 연결된 복수의 제1 타이어 모듈(1300, 1300', 1300", …)이 순차적으로 상대 회전하게 되고, 제2 타이어 모듈(1400)이 소정 각도 회전을 완료하면 에어리스 타이어(1000)는 원형에 가까운 형태가 된다(도 6의 (f)).
모든 타이어 모듈의 위상이 동일한 상태를 계단 등반 모드, 각각의 타이어 모듈이 회전에 의해 펼쳐진 상태를 평지 주행 모드라 한다. 에어리스 타이어(1000)가 평지 주행 모드일 경우 각 타이어 모듈 간 회전 각도 간격에 따라 부하 하중 및 주행 안전성이 달라진다. 회전 각도 간격이 작을 경우 트레드 외곽선이 빈틈이 없는 원형에 가까워져 주행 안전성이 커지고, 회전 각도 간격이 클 경우 동시에 지면에 닿는 면적이 커서 더 큰 부하 하중을 견딜 수 있다.
본 실시예에서 제2 타이어 모듈(1400)의 회전 방향은 반시계 방향이나 이에 한정하지 않으며, 제1 타이어 모듈(1300) 중 하나가 회전하여 순차적으로 이웃하는 타이어 모듈을 회전시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 제1 및 제2 타이어 모듈이 상대 회전하기 전후 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어의 펼쳐진 상태를 측면에서 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 에어리스 타이어(1000)는 복수의 제1 타이어 모듈(1300) 및 제2 타이어 모듈(1400)이 동일 위상으로 정렬된 상태에서 주행할 수 있다. 이러한 상태를 계단 등반 모드라 한다. 계단 등반 모드에서는 복수의 제1 타이어 모듈(1300) 및 제2 타이어 모듈(1400)의 트레드(1320, 1420)가 겹쳐져 접지면이 두꺼운 폭을 형성하기 때문에, 지면을 큰 힘으로 밀어낼 수 있다. 회전축(1200)이 구동하여 제2 타이어 모듈(1400)이 회전하면, 타이어 모듈의 돌기(1311, 1411)가 이웃하는 타이어 모듈의 홈(1312, 1312') 내를 슬라이딩 방식으로 회전 이동하다가 홈(1312, 1312')의 단부에 의해 회전이 제한되면서, 제1 타이어 모듈(1300, 1300', …)은 순차적으로 제2 타이어 모듈(1400)과 같이 회전하게 된다. 모든 타이어 모듈이 소정 각도로 회전하여 각각의 트레드(1320, 1420)가 서로 이격되면, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 에어리스 타이어(1000)는 원형에 가깝게 변형된다. 이러한 상태를 평지 주행 모드라 한다.
이 때, 복수의 제1 타이어 모듈(1300) 및 제2 타이어 모듈(1400)이 형성하는 접지면은 에어리스 타이어(1000)의 트레드 전체 두께보다 얇지만, 에어리스 타이어(1000)의 최외곽 접지면이 작은 간격으로 배치되어, 평지를 안정적으로 주행할 수 있다. 에어리스 타이어(1000)를 이루는 타이어 모듈(1300, 1400)의 개수가 많을수록 에어리스 타이어(1000)는 평지 주행 모드에서 더욱 더 원형에 가까운 형태가 된다.
한편, 에어리스 타이어(1000)는 모든 타이어 모듈의 접지면이 서로 이격된 상태에서, 적어도 2개의 타이어 모듈이 동일 위상을 가질 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 그 사이에 2~4개의 타이어 모듈이 개재된 임의의 타이어 모듈 2개는 동일 위상을 가지며, 지면에 동시에 접지할 수 있다. 에어리스 타이어(1000)는 서로 폭 방향으로 이격된 적어도 2개의 접지면을 가짐으로써, 평지 주행 모드에서 더욱 안정적으로 주행할 수 있다.
에어리스 타이어(1000)는 모든 타이어 모듈의 접지면을 서로 이격시킨 상태에서, 중심에 위치한 타이어 모듈을 기준으로 외곽으로 위치한 타이어 모듈의 위상이 서로 대칭을 이룰 수도 있다. 즉, 최외곽에 위치한 두 개의 타이어 모듈의 위상이 동일하고, 각각 그 내측으로 위치한 두 개의 타이어 모듈의 위상이 서로 동일할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어가 계단을 등반하기 위한 높이를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어가 계단을 등반하는 상태를 나타내는 도면이다.
에어리스 타이어(1000)는 주행할 노면 상태에 따라 타이어 반경을 다르게 설정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 에어리스 타이어는 평지에서는 각각의 타이어 모듈이 펼쳐진 상태에서 주행하다, 장애물이 많은 노면에서는 제2 타이어 모듈(1400)을 다시 반대 방향(본 실시예에서는 시계 방향)으로 회전시켜 모든 타이어 모듈의 위상이 동일하게 되도록 한다. 계단 등반 모드에서 에어리스 타이어(1000)는 넓은 접지면과 3개의 트레드에 의해 단차가 있는 장애물도 등반할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 에어리스 타이어(1000)가 계단을 등반한다고 가정했을 때, 에어리스 타이어(1000)의 반경(r)은 단차의 높이(h)보다 더 크다. 에어리스 타이어(1000)의 반경(r)이 계단의 높이(h)보다 커야만, 다음 순서로 접지되는 트레드가 계단의 상부로부터 하방으로 회전하여, 계단의 상면을 딛고 전진할 수 있다.
본 발명의 에어리스 타이어(1000)가 평지 주행 후 계단을 등반하는 상황을 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 에어리스 타이어(1000)는 평지를 주행하다 계단 등의 단차를 등반할 수 있다. 에어리스 타이어(1000)는 평지에서는 평지 주행 모드로 주행한다. 평지 주행 모드는 모든 타이어 모듈(1300, 1400)이 서로 이웃하는 타이어 모듈끼리 상대 회전하여 위상이 상이한 상태이다. 계단이 나타나면, 에어리스 타이어(1000)를 계단 등반 모드로 변경한다.
에어리스 타이어(1000)는 계단 등반 모드로의 변경을 위해, 회전축(1200)을 제1 방향(예를 들어, 시계 방향)으로 회전시킨다. 회전축(1200)의 회전에 의해, 제2 타이어 모듈(1400)이 시계 방향으로 회전한다. 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312) 내를 슬라이딩 이동하다, 홈(1312)의 단부에 걸리면, 제1 타이어 모듈(1300)과 함께 시계 방향으로 회전한다. 순차적으로 모든 타이어 모듈의 회전이 완료되면, 모든 타이어 모듈(1300, 1400)의 위상이 동일해진다. 이 때, 각각의 타이어 모듈의 돌기(1311, 1411)는 복수의 타이어 모듈이 겹쳐진 상태에서 동일 위치로 정렬될 수 있다.
모든 타이어 모듈(1300, 1400)이 동일 위상으로 겹쳐진 에어리스 타이어(1000)는 하방으로 내려오는 트레드에 의해 차체를 상방으로 이동할 수 있게 한다. 모든 타이어 모듈(1300, 1400)이 동일 위상으로 겹쳐진 에어리스 타이어(1000)는 접지면이 넓고, 트레드 사이의 이격 각도가 커서 계단 등을 안정적으로 등반할 수 있다.
계단 등반이 완료되고, 지면이 평지로 변경되면, 에어리스 타이어(1000)는 다시 평지 주행 모드로 변경된다.
에어리스 타이어(1000)의 평지 주행 모드로의 변경을 위해, 회전축(1200)을 제2 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전시킨다. 회전축(1200)의 회전에 의해, 제2 타이어 모듈(1400)이 반시계 방향으로 회전한다. 제2 타이어 모듈(1400)의 돌기(1411)는 제1 타이어 모듈(1300)의 홈(1312) 내를 슬라이딩 이동하다, 홈(1312)의 반대측 단부에 걸리면, 제1 타이어 모듈(1300)과 함께 반시계 방향으로 회전한다. 순차적으로 모든 타이어 모듈의 회전이 완료되면, 모든 타이어 모듈(1300, 1400)은 이웃하는 타이어 모듈과 위상이 상이해진다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어리스 타이어에서 타이어 모듈의 개수가 상이한 에어리스 타이어를 나타내는 도면이다.
타이어 모듈(1300)에 형성된 홈(1312)은 원호 형태로, 원주각은 전체 타이어 모듈 개수나 지면 상태에 따라 다르게 설정될 수 있다. 전체 제1 타이어 모듈(1300)의 개수가 4의 배수 개일 때, 제1 홈(1312)의 원주각은 30°일 수 있다. 예를 들어, 제1 타이어 모듈(1300)의 개수가 4개일 때, 제1 홈(1312)의 원주각은 30°일 수 있다. 이 때 원주각은 돌기가 위치하는 부분은 제외하고 측정한 각도일 수 있다.
한편, 전체 제1 타이어 모듈의 개수가 6의 배수 개일 때, 제1 홈 및 제2 홈의 원주각은 20°일 수 있다. 예를 들어, 제1 타이어 모듈의 개수가 6개일 때, 제1 홈의 원주각은 20°일 수 있다.
본 실시예에서는 제1 홈(1312)의 원주각을 20° 또는 30°로 예시하였지만, 제1 타이어 모듈(1300)의 개수에 따라 홈(1312)의 원주각 범위에 제약이 발생하는 것은 아니며, 제1 타이어 모듈(1300)의 개수가 늘어날수록 원주각 범위를 더욱 더 다양하게 결정할 수 있다.
에어리스 타이어(1000)가 평지 주행 모드일 경우, 홈(1312)의 원주각이 커지면, 즉, 각 타이어 모듈 간 회전 각도 간격이 커지면, 동시에 지면에 닿는 타이어의 면적이 커서 더 큰 부하 하중을 견딜 수 있다. 반면, 홈의 원주각이 작아지면, 즉, 각 타이어 모듈 간 회전 각도 간격이 작아지면 트레드 외곽선이 빈틈이 없는 원형에 가까워져 주행 안전성이 커진다.
본 발명의 에어리스 타이어는 지상무인이동체 등에 장착하여 타이어의 교체없이 동일한 타이어로 평지와 계단 모두를 주행할 수 있다. 평지 이동시에는 노면 불규칙으로 인한 충격을 개별 모듈 타이어의 탄성변형으로 흡수하여 안정적인 주행이 가능하다. 비공기입 타이어는 일반적인 공기압 타이어와 달리 압축공기를 전혀 사용하지 않기 때문에 공기압 손실 또는 부족함으로 인한 주행중 사고 위험으로부터 자유롭고 요철로 인한 파손에 강인하고 교체도 쉬우며 제작 공정이 단순하여 생산비용이 크게 절감될 수 있다. 복수 개의 분할 모듈 타이어로 구성되어 타이어의 파손 모듈만 신속하고 손쉽게 교체할 수 있으며 유지보수 측면에서도 경제적이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 에어리스 타이어 1100 : 구동축
1200 : 회전축 1300 : 제1 타이어 모듈
1310 : 제1 휠 1310a : 제1 면
1310b : 제2 면 1311 : 돌기
1312 : 홈 1320 : 제1 트레드
1400 : 제2 타이어 모듈 1410 : 제2 휠
1410a : 제1 면 1410b : 제2 면
1420 : 제2 휠

Claims (13)

  1. 구동축;
    상기 구동축의 내측에 위치하며, 상기 구동축과 독립적으로 회전하는 회전축;
    상기 구동축에 장착되고, 일측면에 복수의 제1 돌기가 형성되고, 타측면에 복수의 제1 홈이 형성되는 제1 휠과, 상기 제1 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제1 트레드를 구비하는 제1 타이어 모듈; 및
    상기 제1 타이어 모듈의 타측면에 접하여 상기 구동축에 장착되고, 일측면에 복수의 제2 돌기가 형성되고, 타측면에 고정부가 구비되며, 상기 회전축의 일단에 고정되는 제2 휠과, 상기 제2 휠에 등각도 간격으로 연결되는 복수의 제2 트레드를 구비하는 제2 타이어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 타이어 모듈은 복수 개인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 타이어 모듈의 상기 제2 돌기는 상기 제1 타이어 모듈의 상기 제1 홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌기 및 제2 돌기는 각각 3개인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 홈은 3개인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 홈은 원호 형상인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트레드는 탄성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트레드는 상기 제1 휠 및 제2 휠과 상이한 재질인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트레드는 상기 제1 휠 및 제2 휠과 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 트레드의 원주면에는 원주 방향으로 적어도 하나의 그루브가 형성된 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 제1 타이어 모듈 및 제2 타이어 모듈 중 적어도 2개의 타이어 모듈은 동일 위상인 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 에어리스 타이어의 모드 변경 방법으로서,
    단부에 제2 타이어 모듈이 고정된 회전축을 제1 방향으로 회전시키는 단계;
    상기 제2 타이어 모듈의 돌기가 이웃하는 제1 타이어 모듈의 홈을 슬라이딩 이동하는 단계; 및
    상기 제2 타이어 모듈의 상기 돌기가 이웃하는 상기 제1 타이어 모듈 홈의 일단부까지 이동하여 제1 타이어 모듈과 제2 타이어 모듈이 같이 회전하는 단계;를 포함하고,
    회전 완료 후, 상기 제1 타이어 모듈 및 상기 제2 타이어 모듈의 위상이 상이한 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어의 평지 주행 모드 변경 방법.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 에어리스 타이어의 모드 변경 방법으로서,
    단부에 제2 타이어 모듈이 고정된 회전축을 제2 방향으로 회전시키는 단계;
    상기 제2 타이어 모듈의 돌기가 이웃하는 제1 타이어 모듈의 홈을 슬라이딩 이동하는 단계; 및
    상기 제2 타이어 모듈의 상기 돌기가 이웃하는 상기 제1 타이어 모듈 홈의 타단부까지 이동하여 제1 타이어 모듈과 제2 타이어 모듈이 같이 회전하는 단계;를 포함하고,
    회전 완료 후, 상기 제1 타이어 모듈 및 상기 제2 타이어 모듈의 위상이 동일한 것을 특징으로 하는 에어리스 타이어의 계단 등반 모드 변경 방법.
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