KR20200067014A - 타이어의 소음 저감 장치 - Google Patents

타이어의 소음 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 타이어의 소음 저감 장치는, 타이어가 구비되는 휠 림의 외주면에 설치되고, 내부 공간을 갖고, 상기 휠 림의 원주방향을 기준으로 일측으로 개방되고, 개방된 일측의 반대측에 넥(neck)을 구비하는 하우징과, 상기 하우징의 개방된 일측을 통해 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되고, 상기 하우징의 내부 공간과 연통되는 내부 공간을 갖고, 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향과 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징에 설치되는 이동부재를 포함한다. 상기 넥은, 상기 하우징의 개방된 일측의 반대측인 타측에서 상기 하우징의 외측으로 연장되고, 상기 하우징의 내부와 외부를 연통하는 연통홀을 포함한다. 이와 같이 마련되는 타이어의 소음 저감 장치는, 상기 휠 림의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재가 상기 하우징을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 변화함에 따라 공명 주파수가 가변된다.

Description

타이어의 소음 저감 장치{TYRE NOISE REDUCTION DEVICE}
본 발명은 타이어의 소음 저감 장치에 관한 것이다.
공기로 부풀려진 공기식 (pneumatic) 휠 및 타이어의 어셈블리는 음향 공명을 일으키는(acoustically resonant) 토로이달 구조체(toroidal structure)이다.
굵은 돌을 포함한 콘크리트나 아스팔트 등의 거친 노면(coarse road surface) 상을 자동차로 주행함으로써, 공기가 충전된 토르스(torus) 내에 정상파(standing wave)가 발생하면, 공진이 발생한다. 발생한 공동 공명음은 공기에 의해 타이어의 내부에서 전파되고, 더 나아가 차량의 내부로도 전달된다.
타이어의 공명 소음을 저감하기 위해 타이어 내부에 소음 저감을 위한 흡음재 또는 소음 저감 장치를 장착하거나, 휠 림부의 형상을 변형하거나, 휠 표면에 흡음재나 모피 등의 재질을 부착하는 방법 등이 적용되고 있다.
종래에 타이어의 공명 소음을 저감하기 위한 장치 또는 구조는 특정 주파수를 타겟으로 하는 특정 형상을 갖거나, 또는 형상이 가변되게 구성되더라도 별도의 구동력을 가해주어야 형상이 가변되는 방식이었다.
차량이 주행하면서 타이어의 내부에서 발생되는 소음의 주파수는 차량의 주행상태, 타이어의 주변환경 등에 따라 달라질 수 있는데, 이와 같이 가변되는 주파수를 갖는 타이어 내부의 소음을 효과적으로 저감시키기 위한 소음 자감 장치가 필요하였다.
본 발명은 차량의 주행 중에 별도로 구동력의 제공이 없이도 공명 주파수가 가변될 수 있는 타이어의 소음 저감 장치를 제공하는 것에 주목적이 있다.
또한, 소음 저감 장치의 공명 주파수가 타이어의 소음의 갖는 주파수를 추종하여 가변되며, 소음 저감 효과를 높일 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 타이어의 소음 저감 장치는, 타이어가 구비되는 휠 림의 외주면에 설치되고, 내부 공간을 갖고, 상기 휠 림의 원주방향을 기준으로 일측으로 개방되고, 개방된 일측의 반대측에 넥(neck)을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 개방된 일측을 통해 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되고, 상기 하우징의 내부 공간과 연통되는 내부 공간을 갖고, 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향과 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징에 설치되는 이동부재를 포함한다.
상기 넥은, 상기 하우징의 개방된 일측의 반대측인 타측에서 상기 하우징의 외측으로 연장되고, 상기 하우징의 내부와 외부를 연통하는 연통홀을 포함한다.
이와 같이 마련되는 상기 타이어의 소음 저감 장치는, 상기 휠 림의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재가 상기 하우징을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 변화함에 따라 공명 주파수가 가변된다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
타이어의 소음 저감 장치가 휠 림의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재가 상기 하우징을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 변화함에 따라 공명 주파수가 가변될 수 있다.
또한, 소음 저감 장치의 공명 주파수는 차량의 속도 또는 휠 림의 회전속도에 따라 증가 또는 감소되며, 차속에 따라 가변되는 타이어의 소음의 주파수를 추종하게 되므로, 타이어의 소음 저감 효과가 커질 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치가 휠 림의 외주면에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 B-B' 단면도이다.
도 4는 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치가 휠 림의 외주면에 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 사시도이고, 도 3은 도 2의 B-B' 단면도이다.
본 실시예에 따른 타이어의 소음 저감 장치(100)는 하우징(110)과 이동부재(120)를 포함한다.
하우징(110)은 외형을 형성하는 하우징바디(111)를 포함한다. 하우징(110)은 타이어가 구비되는 휠 림(1)의 외주면에 설치되며 내부 공간(111s)을 갖는다. 하우징(110)은 휠 림의 원주방향(Dw)을 기준으로 일측으로 개방된다. 하우징(110)은 개방된 일측의 반대측에 넥(neck)(112)을 구비한다.
넥(112)은 하우징(110)의 개방된 일측의 반대측인 타측에서 상기 하우징(110)의 외측으로 연장된다. 넥(112)은 하우징(110)의 내부와 외부를 연통하는 연통홀을 포함한다.
이동부재(120)는 하우징(110)의 개방된 일측을 통해 상기 하우징(110)의 내부 공간으로 삽입되며, 하우징의 내부 공간(111s)과 연통되는 이동부재의 내부 공간(121s)을 갖는다. 이동부재(120)는 하우징의 내부 공간(111s)으로 삽입되는 방향과 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징(110)에 설치된다.
이와 같이 마련되는 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는 상기 휠 림(1)의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재(120)가 상기 하우징(110)을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징(110) 및 상기 이동부재(120)에 의해 마련되는 내부 공간(111s, 121s)의 체적이 변화함에 따라 공명 주파수가 가변될 수 있다.
타이어의 내부에서 발생되는 소음이 가지는 주파수는 아래의 식 (1) 과 같이 타이어 내부의 공동(cavity)의 부피에 반비례하고, 타이어 내부의 공기의 전파속도에 정비례한다.
Figure pat00001
공기의 전파속도(c)는 공기의 온도에 영향을 크게 받는다. 예를 들면, 차량이 주행함에 따라 타이어의 내부의 온도가 상승되면, 타이어의 내부의 공기의 온도가 상승되고, 그에 따라 공기의 전파속도(c)가 증가되어 소음의 주파수(f)가 높아질 수 있다.
한편, 타이어의 내부의 공동의 부피(V)는 타이어의 상태 또는 차량의 주행상태에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 타이어의 내부의 공기압이 높을 때 공동의 부피(V)는 타이어의 내부의 공기압이 낮을 때 공동의 부피(V)보다 클 수 있다. 예를 들면, 타이어의 내부의 온도가 높을 때에는 공동의 부피(V)가 커질 수 있다.
한편, 타이어의 내부에 공기 대신에 다른 기체가 충진되는 경우에는, 상기 식 (1)에서 공기의 전파속도(v) 대신에 해당 기체의 전파속도를 대입할 수 있다. 예를 들면, 타이어의 내부에는 공기 대신에 질소 등이 충진될 수도 있다.
이와 같이, 타이어에서 생성되는 소음이 갖는 주파수(f)는 외부조건, 차량의 주행상태, 타이어에 충진된 기체의 종류 등에 따라 가변될 수 있는데, 종래의 타이어의 소음 저감을 위한 장치는 그 형상이 고정되어 특정 주파수의 공명음만을 타겟팅할 수 있었다. 이에 따라, 특정 주파수의 소음이 생성되는 경우에는 소음 저감의 효과가 있지만, 해당 주파수를 벗어나는 경우에는 소음 성능이 떨어지게 되는 문제점이 존재하였다.
본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는 차량이 주행하면서 타이어에서 생성되는 소음의 주파수가 가변됨에 따라, 가변되는 소음 주파수를 추종하기 위해, 공명 주파수가 가변될 수 있다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는, 공명 주파수가 가변되도록 하기 위해, 휠 림(1)의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재(120)가 상기 하우징(110)을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간(111s, 121s)의 체적이 변화되는 구성을 포함하는 것에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)의 특징을 상술하기에 앞서, 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)와 관련된 공명기의 원리에 대해 간단히 설명하기로 한다.
일반적으로, 공명기의 공명 주파수는 공명기의 체적과, 넥(neck)의 단면적과, 넥(neck)의 길이와 관련된다. 공명기의 공명 주파수는 아래의 식 (2)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, w0는 공명기의 공명 주파수(Hz), c는 공기의 전파속도(m/s), S는 넥의 단면적(m^2), Leff는 넥의 길이(m), V는 소음 저감 장치의 체적(m^3)이다.
따라서, 공명기의 공명 주파수를 변경시키기 위해서는, 공명기의 체적, 넥의 단면적, 넥의 길이 중에서 적어도 어느 하나 이상을 변경시키면 됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 소음 저감 장치(100)는 이 중에서 공명기의 체적을 변화시킴으로써 공명 주파수를 가변시키는 것에 해당된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)의 특징을 이하에서 상술하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하우징(110)은 전체적으로 직육면체 형상을 가지며 내부가 비어있는 형상일 수 있다. 하우징(110)의 내부에는 하우징의 내부 공간(111s)이 마련될 수 있다.
하우징(110)은 휠 림(1)이 장착된 차량이 정주행할 때 휠 림(1)이 회전되는 방향의 반대방향으로 개방될 수 있다.
하우징(110)의 개방된 일측의 반대편인 타측에는 넥(112)이 형성될 수 있다. 넥(112)은 하우징(110)과 일체(one body)로 형성될 수 있다. 또는, 넥(112)은 하우징(110)과 별도로 형성되어 하우징(110)에 결합될 수도 있다.
넥(112)은 하우징(110)의 타측에서 하우징(110)의 외측으로 연장된 관 형상일 수 있다. 넥(112)은 연통홀이 형성되어, 하우징의 내부 공간(111s)와 타이어의 내부 공간을 서로 연통시킬 수 있다. 이를 통해, 타이어의 내부에서 생성된 소음의 파동이 넥(112)을 통해 소음 저감 장치(100)의 내부 공간으로 유입되거나, 소음 저감 장치(100)의 내부에서 파동이 넥(112)을 통해 타이어의 내부 공간으로 유출될 수 있다.
하우징(110)의 면들 중에서, 휠 림의 반경방향(Dr)을 기준으로, 반경방향 외측에 있는 면을 포함하는 하우징의 외면부(1111)는 하우징의 양측면부(1112)들과 라운드지게 연결될 수 있다. 하우징의 외면부(1111)는 하우징바디(111)의 외면부, 하우징의 양측면부(1112)는 하우징바디(111)의 양측면부로 정의될 수 있다.
하우징(110)은 휠 림(1)의 외주면의 형상에 대응되게, 곡률을 갖는 형상일 수 있다. 하우징(110)은 휠 림(1)의 외주면에 부착되어 고정된다. 휠 림(1)과의 결합력을 높이기 위해, 휠 림(1)의 외주면이 갖는 곡률에 대응되는 곡률을 갖도록 하우징(110)이 형성될 수 있다. 하우징(110)이 휠 림(1)의 외주면이 갖는 곡률에 대응되는 곡률을 가짐으로써, 휠 림(1)의 회전시 이동부재(120)가 휠 림(1)의 회전에 따른 힘에 의해 보다 효과적으로 이동될 수도 있다.
이동부재(120)는 전체적으로 직육면체 형상을 가지며 내부가 비어있는 형상일 수 있다. 이동부재(120)는 외형을 형성하는 이동부재바디(121)를 포함한다. 이동부재(120)는 상기 하우징의 내부 공간(111s)으로 삽입되는 방향으로 일측이 개방될 수 있다. 이동부재(120)는 하우징(110)의 내부로 삽입될 수 있게, 하우징(110)의 내면에 대응되는 크기의 외면부를 갖는 형상일 수 있다.
이동부재(120)의 면들 중에서, 휠 림의 반경방향(Dr)을 기준으로, 반경방향 외측에 있는 면을 포함하는 이동부재의 외면부(1211)는 이동부재의 양측면부(1212)들과 라운드지게 연결될 수 있다. 이동부재의 외면부(1211)는 이동부재바디(121)의 외면부, 이동부재의 양측면부(1212)는 이동부재바디(121)의 양측면부로 정의될 수 있다.
휠 림(1)이 회전하면서 이동부재(120)는 원심력을 받게 되고, 이동부재의 외면부(1211)가 하우징의 외면부(1111)에 의해 반경 내측으로 지지될 수 있다. 이때, 하우징(110)과 이동부재(120)의 라운드 진 형상의 부분이 서로 맞닿게 되어, 이동부재(120)가 하우징(110)에 의해 지지될 때 응력이 어느 일부분에 집중되지 않고 라운드 진 형상의 맞닿은 부분들에 분산될 수 있다. 이를 통해, 하우징(110)과 이동부재(120) 사이의 마찰력이 작아질 수 있고, 이동부재(120)가 휠 림의 원주방향(Dw)으로 이동되는 것이 용이해질 수 있다.
이와 같이 마련되는 하우징(110)과 이동부재(120)를 포함하는 소음 저감 장치(100)에 따르면, 휠 림(1)이 회전 시 하우징(110)은 휠 림(1)에 고정되어 휠 림(1)과 동일한 각속도로 회전되게 되나, 휠 림(1)에 고정되지 않은 이동부재(120)는 휠 림(1)과 다른 각속도로 회전될 수 있다.
이에 따라, 이동부재(120)가 하우징(110)의 외부로 인출되는 방향으로 이동하며, 하우징(110) 및 이동부재(120)에 의해 마련되는 내부 공간(111s, 121s)의 체적이 증가됨에 따라 공명 주파수가 낮아지게 된다.
본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는 이동부재(120)가 상기 하우징의 내부 공간(111s)으로 삽입되는 방향으로 탄성 지지하기 위해 마련되는 탄성구조를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 이동부재(120)가 하우징(110)의 외부로 인출되도록 하는 힘은 휠 림(1)의 회전에 의해 제공될 수 있고, 이동부재(120)가 하우징의 내부 공간(111s)으로 삽입되도록 하는 힘은 상기 탄성구조에 의해 제공될 수 있다.
이동부재(120)는 휠 림의 회전에 따른 힘이 상기 탄성구조에 의한 탄성력을 극복하면서 상기 하우징(110)의 외부로 인출되는 방향으로 이동될 수 있다.
탄성구조는 하우징(110)과 이동부재(120) 중에서 어느 일측에 마련되는 돌기부와, 상기 돌기부가 삽입되도록 타측에 마련되는 수용부를 포함할 수 있다. 수용부는 이동부재(120)가 하우징(110)으로부터 인출되는 방향으로 이동될 때 변형되며 탄성력을 생성할 수 있다.
이하에서는 상기 돌기부가 상기 이동부재(120)에 구비되고, 상기 수용부가 상기 하우징(110)에 구비되는 것을 예로써 설명하나, 이와 반대로 돌기부가 하우징(110)에 구비되고 수용부가 이동부재(120)에 구비될 수도 있음은 자명하고, 그 경우에도 이하에서의 설명이 적용될 수 있다.
도 4는 도 2의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4를 참조하면, 이동부재(120)는 이동부재의 외면부(1211)로부터 하우징(110)을 향해 돌출된 돌기부(122)를 포함할 수 있다. 돌기부(122)는 다각형 형상, 원형, 타원형 등 중에서 어느 하나의 형상을 가질 수 있으며, 본 실시예에서는 돌기부(122)가 다각형 형상을 가지는 것을 예로써 설명한다.
하우징(110)은 돌기부(122)를 수용하고, 돌기부(122)에 탄성력을 제공하기 위한 구조를 갖는 수용부(113)를 포함할 수 있다. 수용부(113)는 수용홈(또는, 수용홀)(1131), 수용홈(1131)의 내측의 일단에 형성된 한 쌍의 캔틸레버(cantilever)(1132)를 포함할 수 있다.
수용홈(1131)은 돌기부(122)가 삽입되는 공간인 삽입홈(1133)과, 캔틸레버(1132)가 이동 가능하도록 하기 위한 공간을 마련하기 위해, 상기 돌기부(122)보다 크게 형성될 수 있다.
돌기부(122)가 제1 위치에 위치할 때, 수용홈(1131)의 일측면이 돌기부(122)와 접할 수 있다. 상기 제1 위치는, 이동부재(120)가 하우징의 내부 공간(111s)으로 최대로 삽입된 위치로 정의될 수 있다. 또는, 제1 위치는 휠 림(1)이 정지된 상태일 때 돌기부(122)의 위치로 정의될 수 있다.
수용홈(1131)의 일측면은 돌기부(122)의 형상에 대응되게, 복수 회 각진 형상으로 형성될 수 있다.
수용부(113)에는 돌기부(122)가 삽입되는 삽입홈(1133)이 휠 림의 원주방향(Dw)으로 연장되게 형성되어, 돌기부(122)가 수용부(113)에 대해 상대 이동하는 것이 허용될 수 있다. 즉, 돌기부(122)가 삽입홈(1133)에 삽입된 상태로 돌기부(122)가 휠 림의 원주방향(Dw)으로 이동 가능하게 마련됨으로써, 이동부재(120)가 하우징(110)에 대해 상대 이동이 가능하게 된다.
돌기부(122)가 삽입되는 공간인 삽입홈(1133)은 한 쌍의 캔틸레버(1132)에 의해 정의될 수 있다. 삽입홈(1133)은 한 쌍의 캔틸레버(1132)와 수용홈(1131)의 일부에 의해 정의될 수 있다.
한 쌍의 캔틸레버(1132)는 휠 림의 원주방향(Dw)으로 연장되며, 휠 림의 원주방향(Dw)을 기준으로, 일측에서 타측으로 갈수록 상기 한 쌍의 캔틸레버(1132) 사이의 간격이 좁아지도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 한 쌍의 캔틸레버(1132)는 수용홈(1131)의, 하우징(110)의 개구된 단부에 인접한 측면에 연결되게 형성될 수 있다. 한 쌍의 캔틸레버(1132)의, 수용홈(1131)에 연결된 단부를 연결단, 그 반대쪽의 단부를 자유단이라고 할 때, 한 쌍의 캔틸레버(1132)는, 상기 자유단에서 상기 연결단으로 갈수록 한 쌍의 캔틸레버(1132) 사이의 간격이 좁아지도록 형성될 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 돌기부(122)가 한 쌍의 캔틸레버(1132) 사이의 간격이 넓은 부분에서 좁은 부분으로 이동됨에 따라서, 한 쌍의 캔틸레버(1132)가 탄성 변형되며 한 쌍의 캔틸레버(1132)의 사이의 간격이 벌어질 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 캔틸레버(1132)에는 탄성력이 축적되게 된다.
또한, 돌기부(122)가 한 쌍의 캔틸레버(1132)의 상기 자유단에서 상기 연결단으로 가까이 갈수록, 한 쌍의 캔틸레버(1132)에서 생성되는 탄성력의 크기도 커지게 된다.
이 상태에서, 휠 림(1)의 회전속도가 감소하여 휠 림(1)의 회전에 의해 이동부재(120)가 받는 힘이 감소하게 되면, 탄성력에 의해 이동부재(120)가 하우징(110)의 내부로 삽입되는 방향으로 이동되게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이와 같이 마련되는 본 발명의 일 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)의 작동 매커니즘을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 차량의 비주행시, 즉 휠 림(1)의 회전속도가 제로(0)일 때에는 이동부재(120)가 하우징(110)의 내부로 최대로 삽입된 상태로 위치한다.
이 상태에서, 차량이 주행을 시작하면 휠 림(1)이 일 방향으로 회전되게 된다.
휠 림(1)의 회전속도가 증가하게 되면, 이동부재(120)에는 F = mrw^2 만큼의 힘이 발생되게 된다. 여기서 F는 힘, m은 이동부재의 질량, r은 휠 림(1)의 회전중심으로부터 이동부재까지의 거리(또는, 이동부재의 회전반경), w는 이동부재가 회전되는 각속도이다.
이동부재(120)는 휠 림(1)의 회전에 의해 생성되는 힘에 의해 하우징(110)의 외측으로 이동되게 되고, 이동부재(120)가 이동함에 따라 탄성구조에 의해 탄성력이 생성되게 된다. 이때, 이동부재(120)에 작용되는 힘은 크게 휠 림(1)의 회전에 의해 생성되는 힘(F = mrw^2)과 탄성구조에 의해 생성되는 힘(F = kx)을 포함할 수 있다. 여기서, k는 캔틸레버(1132)를 포함하는 수용부(113)의 탄성계수, x는 이동부재(120) 또는 돌기부(122)의 이동거리이다. 따라서, 이동부재(120)는 서로 다른 방향으로 작용되는 두 힘의 평형을 이루는 위치까지 이동될 수 있다.
휠 림(1)의 회전속도가 증가하는 동안에는, 휠 림(1)의 회전에 의해 생성되는 힘이 탄성구조에 의해 생성되는 힘보다 이동부재(120)에 더 크게 작용하여, 이동부재(120)가 하우징(110)의 외측으로 인출되는 방향으로 이동될 수 있다.
한편, 휠 림(1)의 회전속도가 감소하는 동안에는, 탄성구조에 의해 생성되는 힘이 휠 림(1)의 회전에 의해 생성되는 힘보다 이동부재(120)에 더 크게 작용하여, 이동부재(120)가 하우징의 내부 공간(111s)으로 삽입되는 방향으로 이동될 수 있다.
도 6의 좌측 그래프는 타이어가 지면에 접촉되지 않은 상태에서, 타이어의 내부에서 생성되는 음파 내지는 소음의 주파수를 나타낸 그래프이다. 도 6의 우측 그래프는 타이어가 지면에 접촉된 상태에서, 타이어의 내부에서 생성되는 음파 내지는 소음의 주파수를 나타낸 그래프이다.
도 6의 좌측 그래프를 참조하면, 타이어가 회전될 때 타이어의 내부에서는 두 가지 종류의 서로 다른 음파가 생성된다. 타이어가 회전되면, 원심력 또는 타이어의 내부의 공기의 유동에 의해 타이어가 팽창 또는 수축되게 된다. 이에 따라, 타이어의 내부에는 Vertical mode, Horizontal mode 두 종류의 음파가 생성되게 된다. 이와 관련해서는 종래에 다양한 기술 문헌들에도 개시되고 있으므로, 여기에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 6의 우측 그래프를 참조하면, 타이어가 지면에 닿은 상태에서 회전하게 되면, 지면과 닿는 부분에서는 타이어의 변형이 보다 크게 일어나게 된다. 또한, 한번 변형된 타이어는 지면과의 접촉이 떨어지더라고 다시 복원되는데 시간이 걸린다. 이와 같은 타이어의 변형에 의해, 지면과 접촉된 상태에서 회전되는 타이어의 내부에서는, 도 6의 좌측 그래프와 같이 지면과 접촉되지 않은 상태에서 회전되는 타이어의 내부에서와 유사하지만 다른 양상으로 Vertical mode, Horizontal mode 두 종류의 음파가 나타난다.
앞서 설명한 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는 휠 림(1)의 회전속도가 증감함에 따라 소음 저감 장치의 내부 체적이 증가되는 것이다. 소음 저감 장치의 내부 체적이 증가함에 따라, 식 (2)를 참조하여 설명한 바와 같이, 공명 주파수는 낮아지게 된다. 즉, 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)는 도 6에서 나타나는 Horizontal mode의 소음의 경향성과 소음 저감 장치(100)의 공명 주파수가 비슷한 양상으로 가변될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)에 의하면, Horizontal mode에 해당되는 소음을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소음 저감 장치에 의하면, 도 6에서 나타나는 Vertical mode의 소음 주파수를 소음 저감 장치의 공명 주파수가 추종하도록 마련하는 것도 가능하다.
예를 들면, 본 발명의 일 실시예에서와 반대 방향으로 이동부재를 설치할 수 있다.
즉, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 하우징이 휠 림이 장착된 차량이 정주행할 때 휠 림이 회전되는 방향으로 개방되고, 이동부재는 하우징의 개방된 일측으로 삽입되어, 이동 가능하게 설치될 수 있다.
휠 림이 회전할 시, 이동부재는 휠 림의 회전에 의해 생성되는 힘에 의해, 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 하우징 및 이동부재에 의해 마련되는 소음 저감 장치의 내부 공간의 체적이 감소되어, 소음 저감 장치의 공명 주파수가 높아지게 된다.
한편, 본 실시예에서는, 이동부재가 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 상기 이동부재를 탄성 지지하기 위해 탄성구조를 마련할 수 있다. 이때, 이동부재는 휠 림의 회전에 따른 힘이 상기 탄성구조에 의한 탄성력을 극복하게 되면 하우징의 내부 공간으로 삽입될 수 있다.
이와 같이, 휠 림의 회전속도 또는 차량의 주행속도가 증가됨에 따라 공명 주파수가 높아지도록 마련되는 소음 저감 장치는, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)의 변형예에 불과하다. 따라서, 통상의 기술자에 의하면, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 소음 저감 장치(100)의 구조를 일부 변형하여 휠 림의 회전속도 또는 차량의 주행속도가 증가됨에 따라 공명 주파수가 높아지도록 마련되는 소음 저감 장치를 마련할 수 있을 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
1 : 휠 림
100 : 소음 저감 장치
110 : 하우징
111 : 하우징바디
111s : 하우징의 내부 공간
1111 : 하우징의 외면
1112 : 하우징의 측면
112 : 넥
113 : 수용부
1131 : 수용홈
1132 : 캔틸레버
1133 : 삽입홈
120 : 이동부재
121 : 이동부재바디
121s : 이동부재의 내부 공간
1211 : 이동부재의 외면부
1212 : 이동부재의 측면부
122 : 돌기부
Dw : 휠 림의 원주방향
Dr : 휠 림의 반경방향

Claims (10)

  1. 타이어가 구비되는 휠 림의 외주면에 설치되고, 내부 공간을 갖고, 상기 휠 림의 원주방향을 기준으로 일측으로 개방되고, 개방된 일측의 반대측에 넥(neck)을 구비하는 하우징; 및
    상기 하우징의 개방된 일측을 통해 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되고, 상기 하우징의 내부 공간과 연통되는 내부 공간을 갖고, 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향과 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 이동 가능하도록 상기 하우징에 설치되는 이동부재를 포함하고,
    상기 넥은, 상기 하우징의 개방된 일측의 반대측인 타측에서 상기 하우징의 외측으로 연장되고, 상기 하우징의 내부와 외부를 연통하는 연통홀을 포함하고,
    상기 휠 림의 회전에 따른 힘에 의해, 상기 이동부재가 상기 하우징을 기준으로 상대적으로 이동되며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 변화함에 따라 공명 주파수가 가변되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 휠 림이 장착된 차량이 정주행할 때 상기 휠 림이 회전되는 방향의 반대방향으로 개방되고,
    상기 휠 림이 회전할 시, 상기 이동부재가 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 이동하며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 증가됨에 따라 상기 공명 주파수가 낮아지게 되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이동부재가 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향으로 상기 이동부재를 탄성 지지하기 위해 마련되는 탄성구조를 더 포함하고,
    상기 이동부재는, 상기 휠 림의 회전에 따른 힘이 상기 탄성구조에 의한 탄성력을 극복하게 되면 상기 하우징으로부터 인출되는 방향으로 이동되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성구조는, 상기 하우징과 상기 이동부재 중에서 어느 일측에 마련되는 돌기부와, 상기 돌기부가 삽입되도록 타측에 마련되는 수용부를 포함하고,
    상기 수용부는, 상기 이동부재가 상기 하우징으로부터 인출되는 방향으로 이동될 때 변형되며 탄성력을 생성하는, 타이어의 소음 저감 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 돌기부가 상기 수용부에 대해 상대 이동하는 것을 허용하기 위해, 상기 수용부에는, 상기 휠 림의 원주방향으로 연장되게, 상기 돌기부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고,
    상기 삽입홈은, 상기 휠 림의 원주방향을 기준으로, 일측에서 타측으로 갈수록 폭이 감소되는 형상을 가져, 상기 돌기부가 상기 삽입홈의 일측에서 타측으로 갈수록 상기 돌기부가 받는 탄성력이 커지도록 마련되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  6. 청구항 4 있어서,
    상기 수용부는, 수용홈과, 상기 수용홈의 내측의 일단에 형성된 한 쌍의 캔틸레버(cantilever)를 포함하고,
    상기 한 쌍의 캔틸레버는, 상기 휠 림의 원주방향으로 연장되고 상기 돌기부가 삽입되는 삽입홈을 마련하고, 상기 휠 림의 원주방향을 기준으로, 일측에서 타측으로 갈수록 상기 한 쌍의 캔틸레버의 사이의 간격이 좁아지는 형상을 가져,
    상기 돌기부가 상기 한 쌍의 캔틸레버의 사이의 간격이 넓은 부분에서 좁은 부분으로 갈수록, 상기 돌기부가 받는 탄성력이 커지도록 마련되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징과 상기 이동부재의 각각은, 상기 휠 림의 반경방향을 기준으로, 반경방향 외측에 위치한 외면부 및 상기 외면부와 연결되는 양 측면이 라운드지게 연결되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 하우징과 상기 이동부재의 각각은, 상기 휠 림의 외주면의 형상에 대응되게, 곡률을 갖는 형상인, 타이어의 소음 저감 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 휠 림이 장착된 차량이 정주행할 때 상기 휠 림이 회전되는 방향으로 개방되고,
    상기 휠 림이 회전할 시, 상기 이동부재가 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향으로 이동하며, 상기 하우징 및 상기 이동부재에 의해 마련되는 내부 공간의 체적이 감소됨에 따라 상기 공명 주파수가 높아지게 되는, 타이어의 소음 저감 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이동부재가 상기 하우징의 외부로 인출되는 방향으로 상기 이동부재를 탄성 지지하기 위해 마련되는 탄성구조를 더 포함하고,
    상기 이동부재는, 상기 휠 림의 회전에 따른 힘이 상기 탄성구조에 의한 탄성력을 극복하게 되면 상기 하우징의 내부 공간으로 삽입되는 방향으로 이동되는, 타이어의 소음 저감 장치.
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