KR20170073841A - 자동차 타이어 장착되는 전자동 스노우체인 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전자동으로 장착 및 탈거되는 스노우체인 장치이다. 방사상 방향으로 바의 이동을 모터로 구동하여 수행함으로써 그동안 대부분 수동으로 조작되었던 스노우체인의 장착 및 탈거를 용이하게 한다.
첫째 고안은 휠에 장착되어 있는 장치로서 모터로 구동되어 직선적으로 이동하는 바의 말단에 부착된 스파이크가 타이어 측며에서 직접 지면에 밀착되도록 하는 방식이며 이는 고속주행에서도 장착 및 탈거가 이루어지고 장착되어 있는 상태에서 다소 고속의 주행도 가능하다.
둘째 고안은 휠에 장착되어 장치로서 제1모터의 구동으로 인하여 직선적으로 이동하는 바에 부착되어 있는 스파이크의 위치를 타이어 직경보다 큰 위치로 이동하게 하고 제2모터의 구동으로 바가 비틀림회전을 하면서 장착위치로 스파이크가 회전하게 되고 다시 제1모터의 구동으로 스파이크를 휠 중심 방향으로 잡아당기게 되어 타이어 주행면에 단단히 밀착하게 한다. 제 2모터를 제거하고 바의 이동을 유도하는 가이드를 둠으로써 기구적으로 바를 비틀어 회전시킬 수도 있다. 또한, 센서를 사용하여 지면의 위치를 인식함으로써 스파이크의 회전을 개별적이고 순차적으로 수행하여 지면과의 간섭을 회피할 수 있다.
장치의 조작은 리모컨 등으로 조작하게 하며 모터 기동에 사용하는 전원은 장치내부에 소형 배터리 등을 사용한다.
첫째 고안은 차량이 고속주행 중임에도 탈부착을 진행하고 고속으로 안정적으로 주행하여도 우수한 접지력을 얻을 수 있으며 둘째 고안은 다소 안정적이지 못한 탈부착이 수행되지만 일단 장착이 되면 성공적인 접지력을 얻을 수 있다.
두 고안 모두 전자동으로 탈부착을 수행할 수도 있고 수동으로도 수행할 수 있도록 변형할 수 있으며 기존의 탈부착에 난점이었던 방사상으로의 길이 변형 및 지면과의 간섭을 성공적으로 회피하는 장치이다.

Description

자동차 타이어 장착되는 전자동 스노우체인{auto snow chain for tire of vehicle}

빙판길이나 눈길 등에서 사용되는 자동차 타이어 스노우체인을 운행 중 하차 하지 않고 원격으로 제어하여 전자동으로 장착하는 기술분야이다.

빙판이나 눈 위에서 사용하는 스노우 체인은 쇠사슬을 감는 방식, 방사형의 플라스틱커버의 체인을 손으로 씌우는 방식, 부직포류의 섬유를 쓰는 방식 등 다양하게 개발되어 있다. 체인으로 씌우는 방식에는 부분적으로 조립하는 방식과 휠에 붙어있는 장착대에 원터치로 붙이는 방식 등이 있다.

타이어를 감싸기 위해서는 불가피하게 차량을 세우고 수동으로 조작하여야 하는 난점이 존재한다. 수동방식의 대부분은 정차시의 타이어 밑바닥을 체인을 씌우지 못하므로 차량을 잠시 이동하여 마무리해주는 방식을 주로 사용하고 있다.

자동방식으로 최근 기술로 나와 있는 것이 차량 이동 중 차량 밑바닥에 공압을 이용한 관절 이동 방식을 이용해서 타이어 하단으로 접시형의 원형 스파이크 다발을 이동시킨 후 타이어 하단에 삽입하는 구조가 있긴 하다. 그러나 이 방식은 타이어 하단에 있어서 노면의 장애물에 취약하고 운행 중 차량의 진동이나 충격에 대응하기가 수월치 않고 운행 중 유지보수하기도 곤란할 것으로 보이며 타이어와 밀착하는 넓이가 다소 작아 안정적인 성능을 기대하기가 곤란할 것으로 보인다. 또한, 공압 시스템 등의 장치가 별도로 필요한 점도 다소 큰 비용이 요구된다.

자동으로 장착하기에는 다음과 같은 과제가 해결되어야 한다.

체인을 사용하지 않을 때에는 타이어 휠에 부착되어 그 크기가 타이어 직경보다 작아서 주행에 방해되지 않아야 하고

장착을 위하여 체인이 이동할 때에는 그 크기가 타이어 직경보다 다소 커서 타이어 주행면 밖에서 접근하여 스파이크를 밀어 넣어야 하며

부착 후에는 다소 거친 노면에도 쉽게 탈거되지 않도록 밀착되어야 하며

운행중 체인의 탈거시에도 용이하게 탈거되도록 타이어 주행면의 바깥방향으로의 적절한 크기의 힘과 이동이 필요하고

탈거 후의 체인 보관의 크기가 다소 작아 차량의 측면으로 많이 돌출되지 않도록 하여야 한다.

상기한 해결 과제 중에서 그동안 쉽게 기술이 개발되지 못했던 가장 큰 난점은 휠의 중심점으로부터 방사형의 방향으로 길이가 신장 및 축소되는 수단이 해결되지 못했던 점이다.

본 고안은 방사형으로 길이가 신장 및 축소되고 스파이크가 회전하는 기구적 구조를 고안하여 상기한 과제를 두 가지 방식으로 해결하고자 한다.

첫째는 타이어의 주행면에 밀착되지 않는 구조인 바, 타이어 측면에서 타이어와는 무관하게 스파이크를 직접 지면에 밀착시키는 방식이다.

둘째는 타이어의 주행면으로 스파이크를 밀착하는 방식이다. 이 둘째 방식은 타이어 면으로 밀어 넣기 위하여 스파이크의 회전 동작이 필요하며 다시 스파이크를 잡아당겨 밀착시키는 동작도 추가될 수 있다.

두 가지 방식 모두 수동도 가능하나 전동으로 작동하게 하고 리모컨으로 제어하게 하여 사용의 편의성을 향상시키고자 한다.

또한, 두 가지 방식을 결합함으로써 더욱 안정적인 접지력을 수행할 수도 있다.

첫째 고안과 둘째 고안의 다른 점은 첫째 고안은 하나의 동작만 있는 반면 둘째 고안은 3개의 동작으로 구성된다는 점이고 이 추가되는 두 개의 동작으로 인해 로터에 바가 결합되는 구조가 상이하며 모터가 하나 더 필요하게 된다.

첫째 고안은

자동차 휠이 차량에 부착되는 볼트에 방사형의 스테이터를 휠에 부착 고정하고 상기 스테이터에 방사형으로 슬라이딩이 되며 휠의 면에 대한 수직 방향으로 한 축을 기준으로 회전하는 베어링을 가진 핀을 부착하고

상기 핀을 관통하여 일정길이의 바를 상기 스테이터 중심을 향한 방향으로 장착하고

상기 스테이터 내측에 위치하지만 스테이터와 베어링으로 결합된 방사형의 로터에 상기한 바를 결합하는데 있어서

로터 중심축 방향으로 회전이 가능한 구조의 핀를 사용하여 결합하고

상기한 로터 내측에 위치하여 상기 스테이터에 고착된 모터와 기어를 이용하여 상기한 로터를 구동함으로써

상기한 바의 끝단이 방사방향으로 이동하여 말단에 부착된 스파이크의 스테이터 중심까지의 거리가 신장 또는 수축 되는 동작을 수행한다.

또한, 상기 바에 스프링을 구비하여 장착될 때 타이어 하저면의 눌림으로 인한 지면과 장치와의 간섭을 회피하며 스파이크의 재질을 다소 연한 것으로 만들어 탄성력을 이용하여 간섭회피에 도움이 되게 한다.

신장 및 수축된 상태의 유지는 브레이크가 있는 모터를 사용하여 개시하고 안전과 배터리 보존을 위하여 전자석으로 구동되어 스테이터의 상태를 제어하는 노치 구조의 잠금장치를 스테이터와 로터 사이에 구비한다.

상기한 바의 말단에 결합된 스파이크는 직접 지면에 접촉하게 하며 스파이크 형상은 바의 수축시 간섭이 생기지 않도록 특별한 모양의 요철 형상을 가지게 한다.

또한, 스파이크의 외측면은 지면에 닫는 요철을 가지게 하며 상기한 바의 과도한 충격을 흡수하기 위하여 상기한 바나 스테이터 또는 로터에 스프링 또는 댐퍼를 추가하여 구성할 수 있다.

두번째 고안은 상기한 첫째 고안에서 로터에 부착되는 핀이 바의 중심축에 대하여 비트는 회전이 가능한 베어링을 가진 핀으로 대체된다.

상기한 방식으로 바가 로터 중심에서 최대로 멀어지게 신장되는 제1동작 후에 상기한 바의 끝단의 스파이크를 타이어 주행면에 밀착시키기 위하여 바를 90도 회전하는 두번째 동작을 수행함에 있어서 로터 내측에 위치하여 로터에 부착 고정되어 있는 제2의 모터가 상기 바를 바의 중심축에 수직한 방향으로 견인하여 회전동작을 발생시켜 비틈으로써 제2동작을 수행한다.

제3동작은 상기한 로터의 핀이 스테이터 핀과 최단거리에 위치한 상태를 지나 다소 적은 각도로 로터가 더 회전하게 되면 상기한 바는 중심을 향한 방향으로 후퇴 이동하게 되는데 이 동작이 스파이크를 스테이터 중심방향으로 잡아당김으로써 스파이크가 타이어 주행면에 단단히 밀착되게 한다.

스파이크가 타이어에 밀착하는 부위는 고무재질로 하고 지면에 밀착하는 부위는 뾰족한 모양의 요철을 가지게 하며 스파이크 전체의 형상은 타이어에 다소 강하게 밀착되도록 곡면으로 하며 특히 스파이크의 가장 말단은 연한 재질이지만 철사등으로 강성을 높인 곡면으로 고안하여 상기한 바가 스테이터 중심 방향으로 고정되는 3단계 동작에서 단단히 타이어에 밀착하게 한다.

상기 두개의 고안 모두 모터 구동을 위한 배터리와 모터 제어를 위한 제어부가 스테이터에 부착되며 운전석 등에서 원격조작할 수 있도록 리모컨을 구비한다.

또한, 전지 등은 리튬인산철 등의 고효율 배터리를 구비하게 하며 태양광 전지를 외측에 부착하는 등의 편의를 추가 구성할 수 있다.

둘째 고안에서 제2모터를 제거하고 제1모터만으로도 바의 비트는 동작에 해당하는 회전운동을 유도할 수 있는데 바가 진행하는 경로에 가이드를 장착하고 그 가이드에 의하여 유도되는 돌기 형상의 부품을 바에 장착함으로써 제2동작에 해당하는 회전운동을 수행할 수 있다..

본 고안으로 운행 중에도 하차하지 않고 원격으로 제어하여 체인을 장착할 수 있다.

첫째 고안은 접지력을 상승시킬 수 있고 안정성이 양호하고 빙판에서 차량이 다소 고속 주행 상태에서도 장착 및 탈거가 용이하지만 진동이 다소 있을 수 있으며

둘째 고안은 장착된 상태에서의 접지력과 안정성이 우수하지만 다소 고속에는 장착 실패의 가능성과 스파이크의 훼손 가능성이 있어서 장착 및 탈거 동작시 다소 저속운행이 필요하며 장착 후 첫째 고안에 비해 다소 작은 속도로 운행되어야 한다.

또한 본 고안을 다소 변형하여 스테이터를 로터보다 작게 만들어 로터 내측에 스테이터가 휠에 고정 부착되게 하여 구성할 수도 있어 차량의 다양한 크기의 휠과 타이어에 적용할 수도 있다.

제1도는 첫째 고안의 개략도이다.
제2도는 둘째 고안의 개략도이다.
제3도는 스테이터와 바의 결합 핀의 형상이다.
제4도는 첫째 고안의 바와 로터의 연결 핀 구조이다.
제 5도는 둘째 고안의 바와 로터의 연결 핀 구조이다.
제6도는 둘째 고안의 스파이크 개략도이다.

첫째 고안을 실시하기 위해서는 스테이터와 로터의 크기를 우선적으로 치수 산정한다.

바가 이동하여 신장되는 길이는 로터와 스테이터의 직경차이에 반비례하게 되고 로터의 직경에도 반비례한다. 또한 신장되는 길이는 로터의 회전 총각도에 비례하므로 로터와 스테이터의 바와 결합하는 핀의 위치가 방사상 같은 선상에 있는 상태에서 바가 최대로 바깥으로 신장되어 있는 상태이므로 이를 기준으로 로터의 회전 각도를 산정한다. 이 때 로터의 회전각도는 최대치의 한계를 가지게 되는데 이는 이웃하는 두 개의 바가 간섭을 일으키는 상태로 인한 것이다. 또한, 회전각이 너무 크면 대응하는 모터의 필요 출력이 커지게 됨을 유의하여야 한다.

사용되는 자동차의 휠과 타이어에 대응하여 스테이터와 로터 및 바의 기구학적 길이를 산정하고 나면 부품을 만들어 조립하는데 스테이터를 휠에 장착하고 이 스테이터 위에 제3도에서 도시되는 회전이 가능한 핀을 볼트 등으로 조립한다. 로터에는 제4도에 도시되는 형상의 핀을 볼트 등으로 조립하거나 또는 로터 자체에 핀 형상을 만들 수 있다. 이 때 로터는 스테이터에 결합 고정되지 않는 점에 유의해야 하며 로터에 기어 형상을 부착하여 스테이터에 취부된 모터로부터의 구동출력을 전달받아 종동되게 한다.

바의 말단에는 외측에 요철을 가진 스파이크를 부착하고 스파이크와 바 사이에 탄성력이 적절히 조절된 스프링 등을 구비함으로써 과도한 충격이 차체에 전달되지 않도록 한다.

모터의 구동은 제어부에서 제어하게 되는데 바가 최대로 외측으로 이동한 경우가 지면으로부터의 수직 항력을 이겨내기 위한 최적의 구조가 되므로 스테이터와 로터의 핀이 로터 중심과 일직선상에 있는 위치에 도달하여 장치가 작동하도록 설계되어야 한다.

모터의 구동 범위 한계점은 엔코더 등을 활용하여 지정할 수 있으며 바가 최대로 확장되어 있는 상태와 최소로 수축되어 있는 상태를 유지할 수 있도록 브레이크가 달린 모터를 사용하여야 하며 안정적인 수행을 위해서는 노치형식의 잠금장치를 부가하여 구비할 수 있다.

스파이크의 형상은 바가 최대로 신장되어 있을 때 원형에 가깝게 형상을 만들도록 설계되어야 하며 바가 수축시에는 이웃하는 스파이크끼리 간섭이 없도록 제1도의 상단 평면도에 보이는 형상으로 만들도록 한다.

둘째 고안을 실시하기 위해서는 휠에 스테어터와 로터 및 바를 상기한 첫째 방식으로 치수와 회전각도를 산정한다. 바의 말단에 부착되는 스파이크는 회전운동과 타이어 외측에서 장착된다는 점을 고려하여 말단으로 갈수록 로터 중심으로 부터 멀어지는 방향으로 휘어지게 형상을 만든다.

스테이터를 휠에 부착하고 제3도에 도시된 핀을 부착하고 바를 관통시켜 로터의 중심방향으로 밀어넣는다. 로터쪽에는 제5도에 도시된 두개의 회전축을 가진 베어링이 장착된 핀을 장착하고 이 핀에 상기한 바를 관통하여 조립한다. 관통하여 로터 내부측으로 빠져나온 부위는 차후 로터에 부착된 두 번째 모터에 의하여 바의 중심선을 축으로 하는 회전운동이 체인에 의하여 구동되도록 원주면에 기어 이빨 형상의 회전보조기구를 부착한다.

제1모터는 스테이터와 함께 결합 고정되어 있는 상태이고 로터를 구동하는데 쓰이며 제2모터는 로터에 부착 고정되어 바의 회전운동에 쓰이게 된다.

바가 최대와 최소로 이동한 상태를 유지하기 위하여 브레이크가 있는 모터를 사용하여야 하며 기계적인 잠금장치를 노치형식으로 추가할 수 있다.

제어부는 3개의 동작을 위하여 로터의 이동위치에 따라 모터를 구동하게 되는데

완전히 수축되어 있는 상태에서 바가 외측으로 밀려나가는 제1동작을 위하여 스테이터에 고정된 제1모터가 작동하게 되며

스테이터의 핀과 로터의 핀을 이은 직선이 로터의 중심을 향하는 순간 바가 최대로 외측으로 밀려나간 시점이 되며 이시점에서 제1모터는 동작을 멈춘다.

상기한 제1동작 후 제2모터가 작동하여 체인을 구동하여 바를 회전시키게 되는데 모든 바가 회전하고도 자동차 바퀴가 2바퀴 이상 회전할 때까지 기다리도록 하여 타이어에 완전한 장착이 이루어지게 한다.

상기한 제2동작의 완전성을 위하여 스파이크의 탄성을 적절히 세팅하여야 하며 상기한 제2모터에 의하여 구동되는 체인과 로터 내측으로 돌출하여 나온 바의 말단에 위치한 회전운동 보조기구를 연결하는 스프링을 추가로 장착하면 타이어의 지면과의 접촉부위의 두께감소로 인한 불완전 장착 가능성을 줄일 수 있다.

상기한 제2동작이 완료되고 난 후 제 1모터가 제1동작과 같은 방향으로 구동을 더 진행하여 회전하면 최대로 확장되어 외측으로 이동한 바가 다시 내측으로 이동을 하게 되는데 이때 스파이크는 타이어에 밀착하게 된다. 이 제3동작은 제1모터가 지나치게 많이 회전하면 타이어 압력에 영향을 줄 수 있거나 스파이크를 지나치게 견인하게 되어 탈거될 수 있으므로 제어부에 의하여 적절히 조절하게 한다.

바의 말단은 스파이크가 장착되게 되는데 바의 딱딱한 말단이 지면에 닿지 않게 설계 제작되어야 하며 스파이크의 내측은 고무재질로 하고 외측은 요철이 있도록 제작한다.

스파이크는 전체적으로 약간의 탄성이 있어야 장착시 완전을 기할 수 있다.

또한, 타이어는 지면과 밀착한 부위가 두께가 얇아진 상태에 있게 되므로 이것을 고려하여 바의 이동위치를 결정하여야 하며 스파이크가 지면과의 간섭으로 인한 변형이 일어날 수 밖에 없는 점을 고려하여 스파이크의 형상 및 탄성력을 산정하여야 한다.

탈부착시 지면과의 간섭으로 인한 불안정성을 회피하는 수단 중에 센서를 장착하여 지면의 위치를 인식함으로써 지면에 닿지 않는 방향의 스파이크를 우선적으로 회전시켜 부착 및 탈거하고 차량이 진행하면서 순차적으로 이를 수행하는 방법이 있다.

Claims (11)

1. 스테이터에 슬라이딩과 회전이 가능한 다수의 핀을 구비하고 로터에 회전이 가능한 다수의 핀을 구비한 장치로서 상기한 로터의 핀에 일측 말단이 결합되고 상기한 스테이터의 핀을 관통하여 슬라이딩하는 다수의 바가 로터의 회전운동으로 인하여 직선 운동으로 변환되어 바의 말단을 이은 곡선으로 이루어진 폐곡선이 평면상으로 확장 또는 수축하는 장치
2. 청구항 1에 있어서 스테이터나 로터에 구비된 핀의 각도를 달리함으로써 상기한 다수의 바의 말단과 상기한 다수의 핀과 로터의 중심을 이은 폐곡면이 공간적으로 확장 또는 수축하는 장치
3. 차량의 타이어 휠이나 차체에 부착되어 있는 스테이터와 이에 고정 결합되어 있는 모터에 의하여 구동되는 로터를 구비한 장치로서 상기한 스테이터에 구비된 핀을 몸통이 관통하고 상기한 로터의 핀으로 한쪽 끝이 결합되어 있는 직선형의 바를 이동시킴으로써 상기한 바의 다른 끝에 부착된 요철을 가진 스파이크를 지면에 밀착시킴으로써 빙판등에서 차량의 접지력을 향상시키는 장치
4. 청구항 3에 있어서 모터를 제거하고 로터의 회전을 수동으로 조작하거나 또는 수동조작이 추가하여 부착된 장치
5. 청구항 3이나 청구항 4에 있어서 원격제어를 위한 리모컨을 구비한 장치
6. 차량의 타이어 휠이나 차체에 부착되어 있는 스테이터와 이에 고정 결합되어 있는 모터에 의하여 구동되는 로터를 구비한 장치로서 상기한 로터측 핀에 한쪽 끝이 결합되어 있어 로터측의 핀을 기점으로 상기한 스테이터측 핀을 관통하여 방사형 직선운동을 하는 바를 구비하고 상기한 모터를 회전시킴으로써 상기한 바를 직선운동 시키고 로터측에 부착된 모터를 회전시킴으로써 바를 비트는 회전을 일으킴으로써 바의 말단에 위치한 스파이크를 차량의 타이어에 장착 또는 탈거 하는 장치
7. 청구항 6에 있어서 로터에 부착된 모터를 제거한 장치로서 스테이터측에 부착된 모터의 회전운동에 의한 바의 직선운동 중에 바 몸통의 직선 및 회전 거동을 유도 및 간섭하는 가이드를 스테이터측에 구비함으로써 바의 회전운동을 기구적으로 수행하는 장치
8. 청구항 6이나 청구항 7에 있어서 모터를 제거하고 수동으로 회전운동을 수행하게 구성하거나 또는 모터를 제거하지 않고 자동 또는 수동으로 조작하는 장치
9. 청구항 6이나 청구항 7이나 청구항 8에 있어서 원격제어를 위한 리모컨을 구비한 장치
10. 청구항 6이나 청구항 7에 있어서 스파이크가 부착된 바의 말단에 송곳이나 스파이크 형상의 돌출된 장치를 스프링과 함께 구비하여 타이어 측면에서 지면에 직접 밀착시키는 수단을 추가로 구비한 장치
    
11. 청구항 6이나 청구항 7에 있어서 센서를 이용하여 타이어 지면의 위치를 인식하거나 중력을 이용한 추 등의 수단을 통하여 지면의 방향을 인식함으로써 바가 비틀어지는 회전을 통한 스파이크의 회전동작을 개별적이며 순차적으로 수행함으로써 안정적인 스파이크의 장착 및 탈거를 수행하는 장치

Images