KR20190142014A

KR20190142014A - 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법

Info

Publication number: KR20190142014A
Application number: KR1020180069019A
Authority: KR
Inventors: 강준홍
Original assignee: 한국타이어앤테크놀로지 주식회사
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-26

Abstract

본 발명은 인휠모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 노면과 접촉하는 트레드, 타이어의 골격을 형성하는 카카스, 타이어의 측면에서 카카스를 보호하는 역할을 하는 사이드월 및 타이어를 림에 결합하여 고정시키는 역할을 하는 비드를 포함하는 타이어부, 상기 타이어부가 차량의 무게를 지지하도록 상기 타이어부 내부에 구성되는 휠부, 상기 비드와 상기 휠부를 고정 결합시키는 림 쿠션부 및 상기 휠부의 내부에 배치되어 상기 휠부를 회전시키는 인휠 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치 및 이를 이용한 타이어의 강성 조절 방법에 관한 것이다.

Description

인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법 {TIRE RIGIDITY CONTROL DEVICE AND TIRE RIGIDITY CONTROL METHOD USING IN-WHEEL MOTOR}

본 발명은 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 타이어의 이율 배반적인 성능인 승차성능과 핸들링 성능을 모두 만족시키기 위하여 인휠 모터를 이용하는 타이어의 강성 조절 장치 및 강성 조절 방법에 관한 것이다.

전기 자동차는 석유 연료와 엔진을 사용하지 않고, 전기 배터리와 전기모터를 사용하는 자동차이다. 최근 환경문제에 대한 관심과 인식이 높아지고 규제가 더욱 까다로워지면서 친환경 자동차들의 개발이 더욱 중요해짐에 따라 전기차는 자동차 산업의 주요 트랜드가 되고 있다.

다만, 전기차의 경우 전기 모터의 특성 상 내연기관의 최대출력 rpm에 도달하기 위한 지연현상(time delay) 특성이 없어 초기 가속 성능이 매우 우수한 반면에 전기차의 초기 급발진 특성으로 인해 휠 미끄러짐 등에 취약하여 안정성에 대한 의문이 제기되고 있다.

이러한 문제의 해결을 위해 타이어 비드필러의 강성을 조절함으로써 타이어의 감압력을 높이는 방법이 있으나, 비드필러는 차량에 대하여 림 쿠션의 강성에 따라 승차 성능과 핸들링 성능에 대해 이율배반적인 특성이 있다.

구체적으로 림 쿠션의 경도나 높이를 조절하여 비드필러의 강성을 높일 경우, 일반적으로 핸들링 성능에 유리하나 승차감에 불리하고 반대로 비드필러의 강성을 낮게 설계할 경우에는 승차성능은 유리하나 핸들링 성능에는 불리할 수 밖에 없다. 또한 림 쿠션의 강성을 특정한 값으로 결정하게 되면 필요한 조건에 따라 림 쿠션의 강성을 변경할 수 없기 때문에 핸들링 성능과 승차 성능을 동시에 만족시키는 것에 제약이 따른다.

이러한 단점을 보완하기 위해 대한민국 공개특허 제10-2005-000441호(명칭: 자동차용 공기압 타이어)는 도체분말(magnetic particle)을 비드필러의 배합과정에 포함시키고 자동차의 구동륜 내에 추가 장치를 통해 자기장을 조절하는 방법으로 강성을 제어함으로써 핸들링 성능과 승차 성능을 최적의 상태로 제어할 수 있는 타이어를 제시한다.

다만 상기 특허기술은 자기장을 제어하기 위하여 타이어에 추가적인 장치의 설치가 요구되는데, 상기 추가장치의 설치 과정이 복잡하며 비용과 시간 소모가 많다는 문제가 있다. 따라서 추가적인 장비 설치 없이도 효율적으로 자기장을 제어할 수 있도록 하는 새로운 해결방안의 제시가 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2005-000441 호

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 별도의 추가 설비 없이도 전가 차 구동륜 내부의 인휠 모터를 통해 발생한 자기장과 림 쿠션에 배합된 자가도체분말의 상호 작용을 유도하여 차량의 주행 조건에 따라 타이어의 강성을 조절하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 노면과 접촉하는 트레드, 타이어의 골격을 형성하는 카카스, 타이어의 측면에서 카카스를 보호하는 역할을 하는 사이드월 및 타이어를 림에 결합하여 고정시키는 역할을 하는 비드를 포함하는 타이어부; 상기 타이어부가 차량의 무게를 지지하도록 상기 타이어부 내부에 구성되는 휠부; 상기 비드와 상기 휠부를 고정 결합시키는 림 쿠션부; 및 상기 휠부의 내부에 배치되어 상기 휠부를 회전시키는 인휠 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 림 쿠션부는 자기 도체 분말을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인휠 모터부는 전류가 인가되는 코일로 구성된 와인딩부, 상기 와인딩부와 이격되어 형성된 자석부 및 회전부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 인휠 모터부는 상기 와인딩부가 외측으로 가는 인너 로터 타입으로 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 구성은 인휠 모터부에 전류가 인가되는 단계; 상기 인휠 모터부에 인가된 전류에 의해 자기장이 형성되는 단계; 상기 형성된 자기장이 상기 림 쿠션부에 영향을 미치는 단계; 상기 자기장과 상기 림 쿠션부의 상호 작용으로 상기 림 쿠션부의 강성이 높아지는 단계; 및 상기 타이어의 강성이 높아지는 단계를 포함하는 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 차량의 정속 주행 시 상기 인휠 모터부에 전류가 더 인가되지 않고, 상기 타이어부의 강성이 유지되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 차량의 감속 시 상기 인휠 모터부에 전류가 인가되지 않고, 상기 타이어부의 강성이 낮아지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는 별도의 추가 장치 설비 없이도 주행 조건 별로 인휠 모터의 전력의 인가 정도에 따라 림 쿠션부의 상호작용을 유발하여 타이어부의 강성을 조절함으로써 이율배반적 성능을 갖는 차량의 최적의 승차감과 핸들링 성능을 적절하게 구현하는 효과가 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 인휠모터의 기본 구조에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 인휠 모터를 이용한 타이어 강성 조절장치에 대한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 인휠 모터를 이용한 타이어 강성 조절방법에 대한 흐름도이다.
도4는 본 발명에 따라 인휠 모터를 이용해 자기장을 인가한 경우 림 쿠션의 구조해석에 대한 실험표이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "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 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 인휠 모터의 기본 구조에 대한 설명도이다. 인휠 시스템은 구동륜 휠 내부에 동력장치인 모터를 탑재하는 방식의 전기자동차 시스템을 의미한다. 초기 컨셉을 공개한 후 현재는 완성된 전기차 혹은 완성 전기차 부품 관련 업체를 통해 상용화 되고 있다.

기존의 자동차는 엔진의 동력을 차축이나 기어박스를 통해 타이어에 전달하므로 상기 동력 전달 과정에서 에너지의 손실이 수반된다. 그러나 인휠모터는 모터가 바퀴를 직접 구동하기 때문에 동력 전달로 인한 에너지 손실이 없어 에너지 효율에 장점이 있다. 또한 차축이나 기어 박스 등이 없기 때문에 자동차의 경량화와 내부 공간 확보에도 장점이 있다.

다만, 전기차의 경우 전기모터의 특성상 내연기관이 최대출력 rpm에 도달하기 위한 시간지연 특성이 없기 때문에 초기 가속 성능이 매우 우수한 반면에 이로 인해 휠 미끄러짐의 문제가 존재한다. 따라

이러한 문제의 해결을 위해 타이어의 감압력을 증가시킴으로서 휠 미끄러짐의 발생을 억제할 수 있다. 타이어의 감압력은 타이어 비드필러와 림 쿠션의 강성을 증가시킴으로써 확보할 수 있다.

다만 타이어의 비드필러 및 림 쿠션의 강성은 차량의 승차감과 핸들링 성능에 대해 이율 배반적인 성격을 갖는다. 림 쿠션의 경도나 높이를 조절하여 강성을 높게 하는 경우에는 일반적으로 핸들링 성능에 유리하나 승차감에는 불리한 반면, 강성을 낮게 하는 경우에는 승차감에는 유리하나 핸들링 성능에는 불리할 수 밖에 없다.

림 쿠션의 강성을 적정한 특정값으로 지정하는 경우라고 하더라도 필요 조건에 따라 이를 변경할 수 없으므로 승차감과 핸들링을 동시에 만족시키는 데에는 일정수준 제약이 있다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 인휠모터를 이용한 타이어 강성 조절 장치에 관한 단면도이며, 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 인휠모터를 이용한 타이어 강성 조절방법의 흐름도이다.

도2에 도시된 바와 같이 본 발명은 차량의 바퀴를 원주로 감싸고 있으면서 노면과 접촉하는 타이어부(100), 상기 타이어부가 차량의 무게를 지지하도록 상기 타이어부의 내부에 형성된 휠부(200), 상기 타이어부(100)와 상기 휠부(200)를 고정 결합시키는 림 쿠션부(300) 및 상기 휠부(200)의 내부에 배치되어 상기 휠부(200)를 회전시키는 인휠 모터부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치에 관한 것이다.

상기 타이어부(100)는 노면과 접촉하는 트레드, 상기 타이어부의 골격을 형성하는 카카스, 상기 타이어부의 측면에서 상기 카카스를 보호하는 사이드월 및 상기 타이부를 상기 림 쿠션부에 결합하여 고정시키는 역할을 하는 비드를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따라 상기 림 쿠션부(300)는 그 배합과정에서 자가 도체분말(magnetic particle)을 포함시켜 제조한다. 이 경우 인휠 모터부(400)에 전기를 인가하여 발생한 자기장과 상기 자가도체분말(magnetic particle)의 상호 작용에 의해 상기 림 쿠션부(300)의 강성이 높아지는 효과를 볼 수 있다.

이는 유체에 자기 분말을 첨가하여 제어하는 자기유변유체, 즉 MR fluid(Magnetorheological fluid)의 원리를 기초로 한 것이다. 고무에 자기도체분말(magnetic particle)을 첨가하여 배합하고 자기장을 인가하게 되면 자가도체분말(magnetic particle)이 상호 작용하여 고무의 강도를 높이는 효과가 발생하게 되고 이로 인해 타이어의 강성이 높아지게 된다.

림 쿠션의 배합과정에서 자가도체분말(magnetic particle)을 포함하여 제조하고 상기 림 쿠션에 자기장을 인가하여 림 쿠션부의 강성을 제어하는 기술은 기존에 특허기술로서 제시된 바 있다.

다만, 상기 특허기술은 상기 자기장을 유도하기 위해 차량의 구동륜 내에 별도의 장치 설비를 요한다. 이러한 장치의 설치는 그 설치 과정이 용이하지 않아 불필요하게 과한 시간과 비용이 소모될 수 있다.

이와 달리 본 발명에 의할 경우 상기 인휠 모터부(400)가 상기 휠부(200) 내부에 존재하여 상기 인휠 모터부(400)의 작동을 위해 전기가 곧바로 인가되기 때문에 별도의 장치 설비 없이 자기장을 유도할 수 있다는 점에서 상기 기존 특허 기술과 구성의 차이가 있으며 현저한 효과 상 차이가 존재한다.

상기 인휠 모터부(400)는 구체적으로 전류가 직접 인가되도록 코인으로 구성된 와인딩부(410), 상기 와인딩부(410)와 이격되어 형성된 자석부(420) 및 상기 휠부에 회전력을 가하는 회전부(430)를 포함한다.

특히 본 발명의 일실시예에 따라 전기가 인가되는 상기 와인딩부(410)가 외측으로 가는 이너로터 타입(inner roter type)으로 할 수 있다.

상기 인휠 모터부(400)의 전기 모터는 플레밍(fleming)의 오른손 법칙에 의해 전선에 전류를 인가하면 자기장이 발생하고 전류에 의한 자기장과 외부 자기장에 의한 힘으로 작동하고 되어 있다. 상기 인휠 모터부(400)의 외부에 감긴 코일인 상기 와인딩부에 전류를 인가하여 자기장이 생성되고 이 때 발생하는 자기장을 활용하여 자가도체분말(magnetic particle)이 함유된 상기 림 쿠션부(300)의 강성을 조절할 수 있다.

따라서 차량의 급발진 시라면 상기 인휠 모터부(400)에 전류가 인가되어 자기장을 형성하고 상기 자기장의 영향으로 자가도체분말(magnetic particle)이 함유된 상기 림 쿠션부(300)의 강성이 올라가게 됨에 따라 상기 타이어부(100)의 감압력이 증가하여 전기차의 휠 미끄러짐의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명에 따라 자기장 인가 전후로 상기 림 쿠션부(300)와 상기 타이어부(100)의 구체적 강성의 변화에 대한 시험 자료는 도4의 실험표에 의해 나타난다.

도4의 실험표에 나타난 바와 같이 자기장 인가 전과 비교할 때, 자기장을 인가한 후 상기 림 쿠션부(300)의 강성이 약 30% 가량 증가하였으며, 이에 따라 상기 타이어부(100)의 강성이 약 1.5~1.9% 정도 높아지는 효과를 가질 수 있음을 확인할 수 있다.

발진 이후 차량이 정속 주행 중일 경우에는 상기 인휠 모터부(400)에 추가적인 전류가 더 인가되지 않으므로 발진 시의 초기 강성이 유지되어 승차감을 만족시키며, 전력이 인가되는 시점에선 다시 상기 림 쿠션부(300)의 강성이 높아져 타이어의 구동력 및 핸들링 성능이 높아지는 효과를 가진다.

또한 차량이 감속을 하는 경우라면 폐달을 놓게 되어 이 경우 상기 인휠 모터부(400)에 전기가 인가되지 않아 자기장이 형성되지 않고 상기 림 쿠션부(300)의 강성이 낮아져 둔턱이나 거친 노면 등에서 요구되는 승차감을 확보할 수 있다.

본 발명 별도의 추가 장치 설비 없이도 주행 조건 별로 상기 인휠 모터부(400)의 전류의 인가 정도에 따라 상기 림 쿠션부(300) 내 자가도체분말(magnetic particle)의 상호작용을 유발하여 상기 타이어부(100)의 강성을 조절함으로써 최적의 승차감과 핸들링 성능을 적정하게 변경하면서 구현할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 타이어부
200: 휠부
300: 림 쿠션부
400: 인휠 모터부
410; 와인딩부
420: 자석부
430: 회전부

Claims

타이어의 강성 조절 장치에 있어서,
노면과 접촉하는 트레드, 타이어의 골격을 형성하는 카카스, 타이어의 측면에서 상기 카카스를 보호하는 역할을 하는 사이드월 및 타이어를 림에 결합하여 고정시키는 역할을 하는 비드를 포함하는 타이어부;
상기 타이어부가 차량의 무게를 지지하도록 상기 타이어부 내부에 구성되는 휠부;
상기 비드와 상기 휠부를 고정 결합시키는 림 쿠션부; 및
상기 휠부의 내부에 배치되어 상기 휠부를 회전시키는 인휠 모터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 림 쿠션부는 자기 도체 분말을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 인휠 모터부는 전류가 인가되는 코일로 구성된 와인딩부, 상기 와인딩부와 이격되어 형성된 자석부 및 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치.
제3항에 있어서,
상기 인휠 모터부는 상기 와인딩부가 외측으로 가는 인너 로터 타입으로 하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 장치.
타이어의 강성 조절 방법에 있어서,
인휠 모터부에 전류가 인가되는 단계;
상기 인휠 모터부에 인가된 전류에 의해 자기장이 형성되는 단계;
형성된 상기 자기장이 상기 림 쿠션부에 영향을 미치는 단계;
상기 자기장과 상기 림 쿠션부의 상호 작용으로 상기 림 쿠션부의 강성이 높아지는 단계; 및
상기 타이어의 강성이 높아지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.
제5항에 있어서,
차량의 정속 주행 시 상기 인휠 모터부에 전류가 더 인가되지 않고, 상기 타이어부의 강성이 유지되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.
제5항에 있어서,
차량의 감속 시 상기 인휠 모터부에 전류가 인가되지 않고, 상기 타이어부의 강성이 낮아지는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.
제5항에 있어서,
상기 림 쿠션부는 자기 도체 분말을 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.
제5항에 있어서,
상기 인휠 모터부는 전류가 인가되는 코일로 구성된 와인딩부, 상기 와인딩부와 이격되어 형성된 자석부 및 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.
제8항에 있어서,
상기 인휠 모터부는 상기 와인딩부가 외측으로 가는 인너 로터 타입으로 하는 것을 특징으로 하는 인휠 모터를 이용한 타이어의 강성 조절 방법.