경량의 공기역학적 휠 조립체

경량의 공기역학적 휠 조립체{A LIGHTWEIGHT AERODYNAMIC WHEEL ASSEMBLY}

본 발명은 향상된 연료 효율성을 제공하는 차량 휠 조립체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 종래의 차량 휠 조립체와 비교하여 경량의 구조이며 향상된 공기역학적 특징을 가진 휠 조립체에 관한 것이다.

연료 가격이 지속적으로 상승함과 함께 에너지 보존에 관한 최근의 노력으로 인해, 자동차 산업은 도로를 달리는 차량의 연비를 증가시키는 것에 중점을 두고 있다. 차량의 연비를 향상시키려는 노력은 차량 엔진의 작동 및 효율성을 향상시키고, 차량 본체 및 섀시의 무게를 줄이고, 그리고 차량 본체의 공기역학적 특징을 향상시키는 것에 있어 왔다. 이러한 분야에서의 여러가지 개량의 결과로 차량 연비를 높이는 것에 있어서 큰 진전이 있었지만, 추가적인 진전에 대해 여전히 상당한 여지가 있다.

현재, 휠의 영향과 연비 뿐만 아니라 차량 공기역학에 대한 휠의 효과는 대체로 그 진가를 인정받지 못하고 있다. 스포크 또는 휠의 뒷면으로부터 재료를 제거하는 것과 같은 방식을 통하여, 경량의 휠을 설계하고 제조하려는 노력이 있어왔지만, 이러한 노력의 주된 목표는 대체로 비용에 관한 고려사항이었지 공기역학 또는 연비에 관한 고려사항이 아니었다.

더욱 최근에는, 차량 휠 자체의 잠재적인 공기역학적 영향이 고려되고 있다. 이러한 고려는, 오늘날 대부분의 휠 조립체가 휠의 심미적 사항(aesthetics)을 향상시키기 위해서 설계되어 있는 휠 외부 표면 위에 커버 또는 다른 구조를 이용하고 있다는 사실을 대체로 무시하고 있다. 따라서, 전체 휠 조립체의 공기역학, 총 질량, 그리고 최적화된 질량 관성 모멘트를 고려하지 않은 휠의 외부 표면에 휠 커버 또는 다른 미적 구조가 고정될 때 휠 자체만의 설계형태로부터 생길 수 있는 모든 공기역학적 잇점이 극대화되지 못한다.

따라서, 현재의 휠 조립체와 관련된 단점을 극복하고 차량의 향상된 연료 효율성에 기여하는데 도움을 주는 휠 조립체를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 한 실시형태는 가능한 한 적은 총질량과 질량 관성 모멘트를 유지하면서 향상된 공기역학적 특성을 가지는 차량용 휠 조립체를 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 차량에 대해 향상된 연료 효율성을 제공하는 휠 조립체를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 무게, 질량 관성 모멘트 및 공기역학적 특성을 최적화하기 위해서 휠과 클래딩(cladding)을 일체로 함께 설계하는 방법을 제공한다.

본 발명의 상기 실시형태 및 다른 실시형태에 따르면, 차량 휠 조립체가 제공된다. 상기 휠 조립체는 휠 외측 림 부분, 차축을 수용하도록 구성된 휠 내측 허브 부분, 그리고 휠 외측 림 부분과 휠 내측 허브 부분의 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 휠 스포크를 포함하고 있다. 상기 휠 외측 림 부분, 상기 휠 내측 허브 부분, 그리고 상기 휠 스포크는 협력하여 내부 측과 외부 측을 가지고 있는 휠 표면을 형성한다. 상기 휠 외측 표면은 복수의 스포크 중의 인접한 스포크들 사이에 형성된 복수의 휠 터빈 개구를 포함하고 있다. 복수의 휠 터빈 개구의 각각은 제1 구역을 한정하는 경계(perimeter)를 가지고 있다. 상기 휠 조립체는 또한 휠의 외부 표면에 고정되어 있는 휠 클래드를 포함하고 있다. 상기 휠 클래드는 휠 외측 림 부분의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬된 클래드 외측 림 부분을 포함하고 있다. 상기 휠 클래드는 또한 휠 내측 허브 부분의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되어 있는 클래드 내측 허브 부분을 포함하고 있다. 상기 휠 클래드는 추가적으로 클래드 외측 림 부분과 클래드 내측 허브 부분의 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 클래드 스포크를 포함하고 있다. 상기 복수의 클래드 스포크는 적어도 부분적으로 휠 스포크와 축방향으로 정렬되어 있다. 상기 클래드 외측 림 부분, 상기 클래드 내측 허브 부분 그리고 상기 클래드 스포크는 내부 측과 외부 측을 가지고 있는 클래드 표면을 형성한다. 상기 휠 클래드는 클래드 내부 측이 휠 외부 측을 향하도록 휠에 영구적으로 고정되어 있다. 상기 클래드 표면은 복수의 클래드 터빈 개구를 가지고 있다. 상기 복수의 클래드 터빈 개구는 각각 제2 구역을 한정하는 경계를 포함하고 있다. 상기 제2 구역은 상기 제1 구역 보다 상당히 작다. 추가적으로, 상기 휠 조립체는 휠 단독의 경우에 비해서 차량에 대해 상당한 항력 계수 개선을 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 휠 외측 림 부분, 차축을 수용하도록 구성된 휠 내측 허브 부분, 그리고 휠 외측 림 부분과 휠 내측 허브 부분 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 휠 스포크를 포함하는 휠 조립체가 제공된다. 상기 휠 외측 림 부분, 상기 휠 내측 허브 부분 그리고 상기 휠 스포크는 협력하여 내부 측과 외부 측을 가진 휠 표면을 형성한다. 상기 휠 표면은 복수의 스포크 중의 인접한 스포크들 사이에 형성된 복수의 휠 터빈 개구를 포함하고 있다. 상기 휠 조립체는 또한 휠의 외부 측에 고정되어 있는 휠 클래드를 포함하고 있다. 상기 휠 클래드는 휠 외측 림 부분의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬된 클래드 외측 림 부분을 포함하고 있다. 상기 휠 클래드는 휠 내측 허브 부분의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되어 있는 클래드 내측 허브 부분 및 클래드 외측 림 부분과 클래드 내측 허브 부분 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 클래드 스포크를 포함하고 있다. 상기 클래드 외측 림 부분, 상기 클래드 내측 허브 부분, 그리고 상기 클래드 스포크는 내부 측과 외부 측을 가지고 있는 클래드 표면을 형성한다. 상기 휠 클래드는, 클래드 내부 측과 휠 외부 측 사이에 틈새가 형성되도록 클래드 내부 측이 휠 외부 측을 향하는 상태로 휠에 고정되어 있다. 상기 클래드 표면은 이 클래드 표면에 형성된 복수의 클래드 터빈 개구를 가지고 있다. 접착제가 상기 틈새 내에 배치되어 있다. 결합된 휠 조립체는 휠 단독의 경우에 비해서 상당한 항력 계수 개선을 초래한다.

본 발명의 다른 장점은 아래의 상세한 설명을 참고하여 첨부된 도면과 관련하여 고려하면 용이하게 알 수 있을 것이며, 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 휠 조립체용 휠의 사시도이고;
도 2는 도 1의 휠의 정면도이고;
도 3은 도 1의 휠의 배면도이고;
도 4는 도 1의 휠의 측면도이고;
도 5는 본 발명의 한 실시형태에 따른 휠 조립체의 개략적인 분해도이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 휠 조립체용 휠의 사시도이고;
도 7은 도 6의 휠의 후방 사시도이고;
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 휠 조립체의 전방 사시도이고;
도 9는 도 8의 휠 조립체의 후방 사시도이고;
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 휠 조립체의 정면도이고;
도 11은 도 10의 휠 조립체의 배면도이고;
도 12는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 휠 조립체용 휠의 정면도이고;
도 13은 도 12의 휠의 배면도이고;
도 14는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 휠 조립체의 정면도이고;
도 15는 도 14의 휠 조립체의 배면도이고; 그리고
도 16은 본 발명의 여러 실시형태에 따른 휠 조립체의 여러 측면을 나타내는 예시적인 표이다.

본 명세서에서 설명을 위한 목적으로, "상부", "하부", "오른쪽", "왼쪽", "후방", "전방", "수직", "수평" 이라는 용어와 이들의 파생어는 도 1에 도시된 발명에 관한 것이고 단지 예시의 목적으로 사용된 것이며 이에 제한되는 것은 아니다. 반하는 내용이 명확하게 명시되어 있는 경우를 제외하면, 본 발명은 다양한 대체 형태의 배향 및 구조를 취할 수 있다는 것을 알아야 한다. 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 아래의 설명에 기술되어 있는 특정 장치 및 프로세스는 첨부된 청구항에 한정된 발명 개념의 예시적인 실시례라는 것 또한 알아야 한다. 청구항에 다르게 명시적으로 표현되어 있지 않으면, 본 명세서에 개시된 여러 실시형태에 관한 특정 치수 및 다른 물리적인 특징은 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.

본 발명은 향상된 공기역학적 특성을 제공하고 향상된 연비를 제공하는 차량용 휠 조립체(10)에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 휠 조립체(10)는 적어도 2 MPG의 연비 절감을 제공할 수 있다고 생각된다. 연비 절감량은, 차량의 구성을 포함하는, 다른 요인들에 기초하여 달라질 수 있고 연비 절감량은 도시 운전에 기초하거나 고속도로 운전에 기초하여 측정될 수 있으며, 2 MPG보다 많거나 작을 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 동일한 차량이라고 가정하면, 개시된 휠 조립체(10)는 종래의 휠 조립체에 비해 여러가지 잇점을 가질 수 있다. 개시된 휠 조립체(10)는 승용차 또는 트럭과 같은 자동차에 사용하기 위한 것이다. 다른 실시형태에 따르면, 휠 조립체(10)는 대체 형태로서 다른 종류의 차량과 관련되어 사용될 수 있다.

이하에서 도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 도면은 본 발명의 한 실시형태에 따른 휠 조립체(10)를 나타내고 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 조립체(10)는 휠(100)과 휠 커버, 즉, 휠 클래드(200)를 포함하고 있다. 휠 클래드(200)는 완성된 휠 조립체(10)를 형성하기 위해서 적절한 접착제에 의해 휠(100)에 영구적으로 고정될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 클래드(200)는 대체로 참고 번호 300으로 표시된 발포성 주지 접착제에 의해 휠(100)에 고정될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 임의의 다른 적절한 접착제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 1 부분(one part) 또는 2 부분(two part) RTV(상온 경화) 접착제와 같은, 실리콘 접착제가 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 4는 발명의 한 실시형태에 따른 휠 조립체(10)의 휠(100)을 나타내고 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠(100)은 내부 측(inboard side)(102) 및 외부 측(outboard side)(104)을 가지고 있고 차축(도시되어 있지 않음)을 수용하기 위한 개구(108)를 가진 내측 허브 부분(106)을 포함하고 있다. 상기 허브 부분(106)은 또한, 휠(100)을 차량 차축에 고정시키기 위한 러그 볼트(도시되어 있지 않음)를 수용하는 상기 허브 부분에 형성된 복수의 러그 개구(110)를 포함하고 있다. 휠(100)은 또한 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)을 가진 외측 둘레방향 림 부분(112)을 포함하고 있다. 휠(100)은 또한 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)과 내측 허브 부분(106) 사이에서 대체로 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 휠 스포크(116)를 포함하고 있다. 외측 둘레방향 플랜지 표면(114), 내측 허브 부분(106), 그리고 복수의 휠 스포크(116)는 함께 복수의 휠 터빈 개구(120)를 형성한다. 휠 터빈 개구(120)는 대체로 내측 경계 또는 푸트프린트(footprint)에 의해 경계가 정해진다. 상기 휠 스포크와 휠 터빈 개구는 다양한 상이한 크기, 형상 및 기하학적 구조를 가질 수 있으며 다양한 상이한 표면에 의해 경계가 정해질 수 있다.

한 실시형태에 따르면, 휠(100)은, 자동차 산업에서 통상적인 경우와 같이, 알루미늄 또는 강과 같은, 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 대체 형태로서 다른 재료가 사용될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 휠 클래드(200)가 플라스틱 또는 복합 재료로 구성될 수 있다. 그러나, 특정 사용처의 설계 제한사항에 의해 지정되거나 바람직한 것으로 될 수 있는 다른 적절한 재료가 사용될 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 바람직한 심미적 특징을 제공하고 휠 클래드가 휠과 일체로 된 부분이라는 외관을 나타내기 위해서 휠 클래드(200)가, 크롬 도금 표면과 같은, 금속 도금 외측 표면을 가질 수 있다. 크롬 도금 외부 표면을 가진 휠 클래드의 많은 구조적 결합형태가 차량 제조업자로부터 큰 관심을 끌고 있는데, 그 이유는 상기 결합형태가 경량이고, 미적으로 만족스러우며 차량이 강 휠을 사용하는지 또는 알루미늄 휠을 사용하는지와 관계없이 특정 차량에 대해 창출될 수 있는 미적 효과에 대해서 완전한 유연성을 설계자에게 제공할 수 있기 때문이다. 휠 클래드(200)는 적절한 사출 성형 공정에 의해 형성될 수 있다.

한 실시형태에 따르면, 휠 조립체(10)의 연비 절감에 기여하기 위해서 휠(100)은 경량으로 구성되고 최적화된 질량 관성 모멘트를 가질 수 있다. 이것은, 본 명세서에 예시적으로 기술되어 있는 것과 같이, 종래의 휠에 비해 휠의 무게를 줄임으로써 본 발명에 따라 달성될 수 있다. 강 또는 알루미늄과 같은 금속으로 구성되어 있는 종래의 휠은 대체로 A급 표면으로서 기능을 하는 자신의 외부 표면에 심미적인 구조를 이용한다. 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 휠의 일부분으로서 통상적으로 금속으로 형성된 특정 구조는 플라스틱과 같은 경량의 재료로 구성되어 있는 휠 클래드(200)의 외측 표면에 배치될 수 있다.

한 실시형태에 따르면, 휠(100)의 외부 표면(104)이 휠의 심미적 특징에 기여하지 않는다. 따라서, 휠(100)은 구조적 일체성 및/또는 구조적 용도만을 위해서 설계될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠(100)은 휠 및/또는 휠 조립체를 보다 적은 재료로 이루어질 수 있게 하는 복수의 질량 감소 구조 또는 특징부를 포함할 수 있다. 아래에 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 상기 질량 감소 구조 또는 특징부는 공기역학적 설계 표면를 최적화하고 종래의 금속 휠 표면에 형성된 재료를 교체하기 위해서 클래드에 배치될 수 있다. 상기 질량 감소 구조 또는 특징부는 휠(100) 중에서 구조적 일체성에 영향을 주지 않는 부분에 배치될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 표면이 휠의 심미적 특징에 기여하지 않기 때문에, 상기 질량 감소 구조는 보이는 부분에 배치될 수도 있다.

한 실시형태에 따르면, 예시적인 질량 감소 구조 또는 특징부가 종래의 휠의 스포크보다 더 적은 재료를 사용하도록 스포크(116)로부터 재료를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 각각의 스포크(116)가 휠(100)의 내부 측(102)과 외부 측(104)에 대해 대체로 수직으로 뻗어 있는 한 쌍의 대향하는 플랜지(122, 124)를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 대향하는 플랜지(122, 124)의 각각은 내부 측(102)과 외부 측(104)의 사이에서 측정된 제1 두께(t ₁ )를 가질 수 있다. 상기 플랜지(122, 124)는 상기 플랜지(122, 124)의 사이에 뻗어 있는 웨브(web)(126)에 의해 연결될 수 있다. 상기 웨브(126)도 내부 측(102)과 외부 측(104)의 사이에서 측정된 제2 두께(t ₂ )를 가질 수 있다. 제1 두께(t ₁ )는 제2 두께(t ₂ )보다 더 두껍다. 바꿔 말하면, 각각의 스포크(116)의 전방면(128)이 상기 플랜지(122, 124)의 외측 가장자리 표면에 대해 우묵하게 들어갈 수 있다. 이러한 구성에 의해, 각각의 스포크(116)는 적은 재료를 사용하면서 필요한 강도를 제공하는 대체로 I-빔 구성을 가질 수 있다. 스포크(116)가 적은 재료를 사용할 수 있지만, 상기 스포크는 굽힘 모멘트와 전단 응력의 저항을 통해서 여전히 충분한 강도를 제공할 수 있다. 각각의 스포크(116)의 후방면도 마찬가지로 우묵하게 들어갈 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 플랜지(122, 124)가 휠(100)의 내부 표면(102) 및 외부 표면(104)과 평행하게 뻗도록 배향되어 있는 경우를 포함하여, 스포크(116)가 다른 구성을 취할 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다.

다른 실시형태에 따르면, 스포크(116)가 보다 적은 재료를 사용하는 스포크(116)를 제공하는 다른 형상, 크기 및 구성을 이용할 수 있다. 대체 형태로서 또는 추가적으로, 휠(100)이 무게를 줄이고 보다 적은 재료를 이용하기 위해서, 스포크(116) 또는 휠(100)의 내부 측(102)의 중공 포켓(hollow pocket)(136), 스포크(116) 또는 휠(100)의 외부 측(104)의 중공 포켓, 또는 굽힘 응력의 중립축(neutral axis) 근처의 스포크(116)의 중심 내부의 중공 코어를 포함하여, 다른 구조를 이용할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 휠(100)은 도면에 도시된 것보다 많거나 적은 스포크를 가질 수 있다.

다른 실시형태에 따르면, 다른 질량 감소 구조 또는 특징부가 경량의 구조를 제공하기 위해 종래의 휠에 대해 휠 터빈 개구(120)의 면적을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 휠 터빈 개구(120)의 크기 및/또는 면적을 증가시키는 것은 휠(100)을 형성하는 재료를 적게 사용하는 결과를 초래할 수 있다. 이것은 상기한 바와 같이 보다 얇고 보다 가벼운 스포크(116)와 함께 달성될 수 있다. 보다 큰 터빈 개구(120)를 제공하는 것에 의해서, 휠(100)은 보다 적은 재료를 사용할 수 있어서, 질량 관성 모멘트의 최적화 및 총질량 감소를 제공하여 결과적으로 경량으로 구성될 수 있다. 알려져 있는 것과 같이, 휠 조립체는 대체로 터빈 개구를 이용하여 브레이크를 냉각시키는 공기유동 경로(airflow path)를 제공하는 것 뿐만 아니라 근사한 옵션(styling options)을 제공한다. 본 발명에 따른 휠 터빈 개구는 다양한 상이한 형상과 크기를 가질 수 있으며 휠(100) 표면의 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 다른 실시형태에 따르면, 다른 질량 감소 구조 또는 특징부는 종래의 휠에 대해 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)의 표면적을 줄이는 것을 포함할 수 있다.

도면에 도시되어 있는 것과 같이, 한 실시형태에 따르면, 각각의 휠 터빈 개구(120)는 대체로 바깥쪽으로 돌출되어 있는 V자 형상을 취할 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 터빈 개구(120)는 자신의 크기를 증가시키는 것에 의해서 향상된 연료 효율을 제공하도록 설계되어 있고 휠 터빈 개구 경계(130)에 의해 한정된 제1 면적(A ₁ )을 가지고 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 휠 터빈 개구 경계(130)는 인접한 스포크(116)의 내측 표면(122, 124)과 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)의 내측 둘레부(132)에 의해 대체로 한정될 수 있다. 휠 터빈 개구(120)는 일정하지 않은(non-uniform) 형상을 포함하여 다양한 상이한 형상과 크기를 가질 수 있다. 추가적으로, 임의의 갯수의 터빈 개구(120)가 휠(100) 표면에 형성될 수 있다.

도 5를 참고하면, 개시된 휠 조립체(10)의 예시적인 휠 클래드(200)가 도시되어 있다. 휠 클래드(200)는 내부 표면(202)과 외부 표면(204)을 가지고 있다. 휠 클래드(200)는 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되거나 상기 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)의 적어도 일부분 위에 놓이도록 되어 있는 클래드 외측 둘레방향 부분(206)을 가지고 있다. 휠 클래드(200)는 휠 내측 개구 부분(106)의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬될 수 있는 내측 개구 부분(208)을 포함하고 있다. 휠 클래드(200)는 또한 클래드 외측 둘레방향 부분(206)과 클래드 내측 개구 부분(208)의 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 클래드 스포크(210)를 포함할 수 있다. 상기 클래드 스포크(210)는 휠 스포크(116)와 적어도 부분적으로 정렬되어 휠 스포크(116)와 겹칠 수 있다. 클래드 외측 둘레방향 부분(206), 클래드 내측 개구 부분(208), 그리고 클래드 스포크(210)는 협력하여 복수의 클래드 터빈 개구(212)를 형성한다. 휠 클래드(200)는 또한 러그(lug)를 수용하는 휠 클래드에 형성된 복수의 러그 볼트 수용 구멍(212)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 클래드 터빈 개구는 다양한 상이한 크기를 가질 수 있으며 휠 클래드(200) 상의 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

휠 클래드(200)는 클래드 내부 측(202)이 휠 외부 측 표면(104)을 향하도록 휠(100)에 영구적으로 고정될 수 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214)는 각각 클래드 터빈 개구 경계(216)를 가질 수 있고, 상기 클래드 터빈 개구 경계(216)는 인접한 클래드 스포크(210)의 대향하는 측면 표면(218)과 클래드 외측 림 부분(206)의 내측 둘레부(220)에 의해서 한정될 수 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 대향하는 측면 표면(218)은 대체로 평면으로 휠 외부 표면(104)쪽으로 아래로 뻗을 수 있다. 각각의 클래드 터빈 개구 경계(216)가 전적으로 각각의 휠 터빈 개구(120) 내에 배치되도록, 복수의 클래드 터빈 개구(214)는 휠 터빈 개구(120)와 대체로 축방향으로 정렬될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 복수의 클래드 터빈 개구(214)의 각각은 클래드 터빈 개구 경계(216)에 의해 한정된 제2 면적(A ₂ )을 가지고 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214)의 각각은 복수의 휠 터빈 개구(120)보다 크기가 상당히 작을 수 있다. 바꿔 말하면, 제2 면적(A ₂ )이 제1 면적(A ₁ )보다 상당히 작을 수 있다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 휠 클래드(200)는 공기역학적 최적화(aerodynamic optimization)를 위해 설계된 외부 표면(204)을 가질 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 터빈 개구 경계(130)에 의해 한정된 휠 터빈 개구(116)의 면적(A ₁ )이 클래드 터빈 개구 경계(216)에 의해 한정된 클래드 터빈 개구(214)의 면적(A ₂ )보다 현저하게 넓거나 클 수 있다. 예를 들어, 한 가지 예에 따르면, 휠 터빈 개구(116)의 면적(A ₁ )은 18.829 제곱 인치(inches ² )로 될 수 있고, 클래드 터빈 개구(214)의 면적(A ₂ )은 15.624 제곱 인치로 될 수 있다. 본 예에 따르면, 제2 면적(A ₂ )은 제1 면적(A ₁ )보다 적어도 17% 더 작다(15.624/18.829 = .8297 x 100 = 82.97%.). 이러한 치수와 백분율은 단지 예시적인 것이라는 사실을 알 수 있을 것이다. 휠 터빈 개구(116)의 면적(A ₁ )이 클래드 터빈 개구(214)의 면적(A ₂ )보다 상당히 큰 구성을 제공하는 다양한 다른 적절한 치수와 백분율이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 터빈 개구 면적의 차이는 10%만큼 작을 수도 있고 25%보다 더 크거나 50%보다 더 클 수도 있다.

다른 실시형태에 따르면, 공간 또는 틈새(302)가 휠(100)의 외부 측(104)과 클래드(200)의 내부 표면(202) 사이에 형성될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠(100)과 클래드(200)가 경량으로 구성되어 있기 때문에, 적은 재료가 사용되고 이에 따라 휠(100)과 클래드(200)가 휠 조립체(10)를 형성하도록 조립될 때 휠(100)과 클래드(200)의 사이에 비교적 큰 틈새가 존재할 수 있다. 이것은 어느 정도는 휠이 보다 얇아질 수 있다는 사실에 기인한 것일 수 있다. 구체적으로는, 큰 틈새가 각각의 스포크(116)의 웨브(126)와 클래드(200)의 내부 표면(202)의 사이의 구역에 존재할 수 있다. 추가적으로, 다른 실시형태에 따르면, 클래드 터빈 개구 경계(216)가 휠 터빈 개구 경계(130)보다 현저하게 작을 수 있기 때문에, 커다란 틈새가 휠 스포크 측면 표면(122, 124)과 클래드 스포크 측면 표면(218)의 사이에 존재할 수도 있다. 마찬가지로, 커다란 틈새가 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114)의 내측 둘레부(132)와 클래드 외측 둘레방향 부분(206)의 내측 둘레부(220) 사이에 존재할 수 있다.

한 실시형태에 따르면, 클래드(200)를 휠(100)에 영구적으로 부착시키기 위해서 휠(100)의 외부 측(104)과 클래드(200)의 내부 표면(202) 사이의 전체 틈새(302)가 발포성 수지 접착제(300)로 채워질 수 있다. 상기 발포성 수지 접착제는 알려진 프로세스에 따라 휠(100)과 클래드(200) 사이에 액체 형태로 주입될 수 있는 발포 우레탄 접착제(foamed urethane adhesive)/밀봉제(sealant)일 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 발포성 수지 접착제가 휠(100)과 클래드(200)의 사이에 미리 형성되어 있거나 삽입될 수 있다. 상기한 바와 같이, 다른 적절한 접착제가 사용될 수 있다.

또 다른 실시형태에 따르면, 클래드 터빈 개구 경계(216)는 휠 외부 측(104)의 방향으로 클래드(200)의 외부 표면(204)으로부터 멀어지게 뻗어 있는 최내측 경계부를 가지고 있다. 마찬가지로, 휠 터빈 개구 경계(130)는 최내측 경계부를 가지고 있다. 휠 터빈 개구 경계(130)의 최내측 경계부와 클래드 터빈 개구 경계(216)의 최내측 경계부는 클래드(200)의 외부 표면(204)으로부터 멀어지게 바깥쪽으로 뻗을 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 터빈 개구 경계(130)와 클래드 터빈 개구 경계(216)는 휠(100)의 내부 측(102)에 인접한 실질적으로 동일한 수평면에 놓일 수 있고, 상기 평면은 회전축에 수직이다. 다른 실시형태에 따르면, 휠 스포크(116)의 측면 표면(122, 124)과 클래드 스포크(210)의 측면 표면(218) 사이의 구역을 채우는 접착제가 비교적 평탄한 표면을 형성하도록 상기 경계부들과 동일 평면이 되도록 상기 구역을 채울 수 있다. 이러한 구조는 동일 평면의 내부 표면(flush interior surface)을 제공함으로써 향상된 공기역학적 특징을 제공할 수 있다.

휠 조립체(10)는 전체적으로 상당한 정도의 항력 계수 감소, 총질량 감소, 그리고 감소된 질량 관성 모멘트를 제공할 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 차량의 항력 계수(drag coefficient)는 기본 휠 구조(base wheel structure) 자체의 경우와 비교하여 상당히 감소될 수 있다. 예를 들면, 전산 유체 동적 분석(computational fluid dynamic analysis)을 통하여 밝혀진 것과 같이, 본 발명의 활용을 통하여 항력 계수가 휠 자체의 경우와 비교하여 적어도 0.003만큼 감소될 수 있다. 항력 계수의 감소량은 바뀔 수 있으며 항력 계수의 감소량이 0.003보다 더 클 수 있고 예를 들면 항력 계수의 감소량이 0.006만큼되거나 그보다 더 클 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 항력 계수의 감소량이 0.003보다 더 작을 수 있거나 0.006보다 더 클 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 휠 조립체(10)는 또한 펌프 손실(pumping loss), 또는 각각의 스포크(116)가 공기중에서 회전할 때 발생하는 "팬 효과(fan effect)"를 조절하는데 필요한 에너지를 감소시킬 수도 있다. 개시된 휠 조립체(10)는 에너지 사용 또는 펌프 손실을 감소시키는 공기유동 개선(airflow improvement)을 제공할 수 있다. 추가적으로, 휠(100)과 클래드(200)는, 복수의 휠 스포크(116) 중의 적어도 하나와 복수의 크래드 스포크(210) 중의 적어도 하나가 협력하여 클래드 외부 측(204)쪽으로 오목한 평균 캠버(mean camber)를 형성하도록 설계될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 휠 조립체가 회전할 때 휠 조립체의 내부 측(102)의 대기(atmosphere)에는 비교적 높은 압력이 발생되고 휠 조립체의 외부 표면(204)의 대기에는 비교적 낮은 압력이 발생된다. 바꿔 말하면, 휠 조립체(10)의 외부 측(204)에 비해 휠(100)의 내부 표면(102)에 작용하는 대기압이 더 낮다. 전체적인 차량 항력 계수에 긍정적인 효과(positive effect)를 발생시키기 위해서 클래드(200)의 외부 표면(204)에 대해 안쪽으로나 바깥쪽으로의 공기유동을 발생시키도록 결합하여 설계되어 있는 각각의 결합된 기하학적 구조로 인해서, 클래드(200)의 외부 표면(204)에 작용하는 압력이 휠(100)의 내부 표면(102)에 비해 더 낮을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 휠 조립체(10')용 휠(100')을 나타내고 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 조립체(10')는 휠(100')과 휠 클래드(200')를 포함하고 있다. 휠(100')은 도 1 내지 도 5와 관련하여 위에서 설명한 휠(10)과 동일한 구성을 가질 수 있다.

도 8 내지 도 11을 참고하면, 다른 실시형태에 따라 개시된 휠 조립체(10')의 예시적인 휠 클래드(200')가 휠(100')에 영구적으로 부착된 것으로 도시되어 있다. 휠 클래드(200')는 내부 표면(202')과 외부 표면(204')을 가지고 있다. 휠 클래드(200')는 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114')의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되거나 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114')의 적어도 일부분 위에 놓이도록 되어 있는 클래드 외측 둘레방향 부분(206')을 가지고 있다. 휠 클래드(200')는 휠 내측 개구 부분(106')의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되거나 휠 내측 개구 부분(106')의 적어도 일부분 위에 놓일 수 있는 내측 개구 부분(208')을 포함하고 있다. 휠 클래드(200')는 또한 클래드 외측 둘레방향 부분(206')과 클래드 내측 개구 부분(208')의 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 클래드 스포크(210')를 포함할 수 있다. 상기 클래드 스포크(210')는 휠 스포크(116')와 적어도 부분적으로 정렬되어 휠 스포크(116')와 겹칠 수 있다. 클래드 외측 둘레방향 부분(206'), 클래드 내측 개구 부분(208'), 그리고 클래드 스포크(210')는 협력하여 복수의 클래드 터빈 개구(212')를 형성한다. 휠 클래드(200')는 또한 "스냅 인(snap-in)" 센터 캡을 설치하는 내측 개구 부분(208') 내에 러그를 수용하기 위한 상기 휠 클래드에 형성된 복수의 러그 볼트 수용 구멍(212')을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 클래드 터빈 개구는 다양한 상이한 형상과 크기를 가질 수 있으며 클래드(200')의 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

휠 클래드(200')는 클래드 내부 측(202')이 휠 외부 측 표면(104')을 향하도록 휠(100')에 영구적으로 고정될 수 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214')은 각각 인접한 클래드 스포크(210')의 대향하는 측면 표면(218')과 클래드 외측 림 부분(206')의 내측 둘레부(220')에 의해 한정될 수 있는 클래드 터빈 개구 경계(216')를 가질 수 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 대향하는 측면 표면(218')은 대체로 휠 외부 표면(104')쪽으로 뻗을 수 있으며 대체로 만곡된 형상 또는 아치형 형상을 가질 수 있다. 각각의 클래드 터빈 개구 경계(216')가 전적으로 각각의 휠 터빈 개구(120') 내에 배치되도록, 복수의 클래드 터빈 개구(214')는 휠 터빈 개구(120')과 대체로 축방향으로 정렬될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 복수의 클래드 터빈 개구(214')의 각각은 클래드 터빈 개구 경계(216')에 의해 한정된 제2 면적(A ₂ )을 가지고 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214')의 각각은 복수의 휠 터빈 개구(120')보다 크기가 상당히 작을 수 있다. 바꿔 말하면, 면적(A ₂ )가 면적(A ₁ )보다 상당히 작다. 실제로, 예를 들면, 도면에 도시된 것과 같이, 클래드 터빈 개구 경계(216')는 휠 터빈 개구 경계(130')보다 50% 가까이 작다.

휠 클래드(200')는 공기역학적 최적화를 위해 설계된 외부 표면(204')을 가질 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 터빈 개구 경계(130')에 의해 한정된 휠 터빈 개구(116')의 면적(A ₁ )은 클래드 터빈 개구 경계(216')에 의해 한정된 클래드 터빈 개구(214')의 면적(A ₂ )보다 현저하게 넓거나 클 수 있다. 추가적으로, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 내측 허브 부분(106')이 보다 적은 재료를 사용하도록 휠 터빈 개구(120')는 내측 개구 부분(106')쪽으로 부분적으로 대체로 안쪽으로 뻗을 수 있다. 특히 도 9와 관련하여, 한 실시형태에 따르면, 휠 클래드(200')가 대체로 휠 터빈 개구 경계(130') 위로 뻗을 수 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 한 실시형태에 따르면, 외측 둘레방향 부분(206')이 외측 둘레방향 림 부분(112')보다 상당히 클 수 있다. 예를 들면, 휠 중심으로부터 휠 외측 플랜지 표면의 내측 둘레부(132')까지 측정된 거리(d ₁ )가 휠 중심으로부터 클래드 외측 림의 내측 둘레부(220')까지 측정된 거리(d ₂ )보다 상당히 더 크다. 이러한 구성에 의해, 공기역학적 특징과 미학적 특징이 휠 클래드(200')에 설계되어 있는 상태로 휠이 무게에 대해 최적화되어 있다.

도 12 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 휠 조립체(10")를 나타내고 있다. 도 12 내지 도 13은 본 발명에 따른 휠 조립체(10")용 휠(100")을 나타내고 있다. 휠 조립체(10")는 휠(100")과 휠 클래드(200")를 포함하고 있다. 휠(100")은 도 1 내지 도 5와 관련하여 위에서 설명한 휠(10)과 동일한 구성을 가질 수 있다.

도 14 내지 도 15를 참고하면, 다른 실시형태에 따라 개시된 휠 조립체(10")의 예시적인 휠 클래드(200")가 휠(100")에 영구적으로 부착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 휠 클래드(200")는 내부 표면(202")과 외부 표면(204")을 가지고 있다. 휠 클래드(200")는 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114")의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬되거나 휠 외측 둘레방향 플랜지 표면(114")의 적어도 일부분 위에 놓이도록 되어 있는 클래드 외측 둘레방향 부분(206")을 가지고 있다. 휠 클래드(200")는 휠 내측 개구 부분(106")의 적어도 일부분과 축방향으로 정렬될 수 있는 내측 개구 부분(208")을 포함할 수 있다. 휠 클래드(200")는 또한 클래드 외측 둘레방향 부분(206")과 클래드 내측 개구 부분(208")의 사이에 반경방향으로 뻗어 있는 복수의 클래드 스포크(210")를 포함하고 있다. 클래드 스포크(210")는 휠 스포크(116")와 적어도 부분적으로 정렬되어 휠 스포크(116")와 겹칠 수 있다. 클래드 외측 둘레방향 부분(206"), 클래드 내측 개구 부분(208"), 그리고 클래드 스포크(210")는 협력하여 복수의 클래드 터빈 개구(212")를 형성한다. 휠 클래드(200")는 또한 러그를 수용하기 위한 상기 휠 클래드에 형성된 복수의 러그 볼트 수용 구멍(212")를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 클래드 터빈 개구는 다양한 상이한 형상과 크기를 가질 수 있으며 휠 클래드(200')의 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

클래드 내부 측(202")이 휠 외부 측 표면(104")을 향하도록 휠 클래드(200")가 휠(100")에 영구적으로 고정될 수 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214")의 각각은 인접한 클래드 스포크(210")의 대향하는 측면 표면(218")과 클래드 외측 림 부분(206")의 내측 둘레부(220")에 의해서 한정될 수 있는 클래드 터빈 개구 경계(216")를 가질 수 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 측면 표면(218")은 대체로 휠 외부 표면(104")쪽으로 뻗을 수 있으며 대체로 평면 형태를 가질 수 있다. 각각의 클래드 터빈 개구 경계(216")가 전적으로 각각의 휠 터빈 개구(120") 내에 배치되도록, 복수의 클래드 터빈 개구(214")는 휠 터빈 개구(120")와 대체로 축방향으로 정렬될 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 복수의 클래드 터빈 개구(214")의 각각은 클래드 터빈 개구 경계(216")에 의해 한정된 제2 면적(A ₂ )을 가지고 있다. 복수의 클래드 터빈 개구(214")의 각각은 복수의 휠 터빈 개구(120")보다 크기가 상당히 작을 수 있다. 바꿔 말하면, 면적(A ₂ )가 면적(A ₁ )보다 상당히 작다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 휠 클래드(200")는 공기역학적 최적화를 위해 설계된 외부 표면(204")을 가질 수 있다. 한 실시형태에 따르면, 휠 터빈 개구 경계(130")에 의해 한정된 휠 터빈 개구(116")의 면적(A ₁ )은 클래드 터빈 개구 경계(216")에 의해 한정된 클래드 터빈 개구(214")의 면적(A ₂ )보다 현저하게 넓거나 클 수 있다. 추가적으로, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 내측 허브 부분(106")이 보다 적은 재료를 사용하도록 휠 터빈 개구(120")는 내측 개구 부분(106")쪽으로 부분적으로 대체로 안쪽으로 뻗을 수 있다. 이러한 구성에 의해, 휠 림 부분의 질량체(mass)가 클래딩(cladding)으로 대체되고, 이로 인해 질량과 질량 관성 모멘트의 감소를 초래한다. 더욱이, 한 실시형태에 따르면, 휠 조립체의 통풍 항력(ventilation drag)이 감소되고 휠 조립체의 유압 휠 효율(hydraulic wheel efficiency)이 증가되도록 클래드 터빈 개구(214")가 내측 개구 부분(106")쪽으로 안쪽으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 클래드 터빈 개구(214")의 기하학적 중심(C _c )이 휠 터빈 개구(120")의 기하학적 중심(C _w )에 대해 반경방향 안쪽으로 배치될 수 있다. 이것은 도 15에서 볼 수 있으며, 도 15에서는 휠 중심으로부터 휠 � ��빈 개구(120")의 기하학적 중심(C _w )까지의 거리가 휠 중심으로부터 클래드 터빈 개구(214")의 기하학적 중심(C _c )까지의 거리보다 실질적으로 더 길다. 이것은 휠 조립체(10")의 질량 관성 모멘트의 감소를 초래할 수 있다. 특히 도 15를 참고하면, 휠 클래드(200")가 대체로 휠 터빈 개구 경계(130") 위로 뻗어 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 한 실시형태에 따르면, 외측 둘레방향 부분(206")이 외측 둘레방향 림 부분(112")보다 상당히 클 수 있다. 이러한 구성에 의해, 공기역학적 특징과 미학적 특징이 휠 클래드(200")에 설계되어 있는 상태로 휠이 무게에 대해 최적화되어 있다.

도 16은 본 발명의 다양한 실시형태의 예시적인 잇점을 개략적으로 나타내고 있다. 도면에 표시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 휠 조립체의 여러 특징을 기존의 휠과 비교하여 테스트하고 평가하였다. 이 데이터는 예시의 목적으로 제공되어 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 1 열(column)은 예시적인 20 스포크 OEM 휠에 대한 데이터를 나타낸다. 이 예시적인 휠은 다른 샘플과의 비교를 위한 기준값으로 사용된다. 2 열은 휠의 외측 표면에 부착된 휠 클래드가 없는 본 발명에 따라 제작된 휠에 대한 데이터를 나타낸다. 3 열은 본 발명에 따른 휠과 휠 클래드로 이루어진 휠 조립체의 데이터를 나타낸다. 그러나, 상기 휠은 본 발명에 따라 제작되지 않은 기존의 휠 조립체(Evolve)의 무게를 시도하고 모방하기 위해서 무게를 더하였다. 4 열은 본 발명에 따라 구성된 휠과 휠 클래드를 포함하는 휠 조립체의 데이터를 나타낸다.

표의 제1 행(row)은 각각의 샘플에 대해 측정된 관성 모멘트를 나타낸다. 제2 행은 기준값인 20 인치 OEM 휠에 비해서 각각의 샘플에 대한 관성 모멘트의 개선값을 나타낸다. 도면에 표시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 휠 조립체 뿐만 아니라 본 발명에 따라 구성된 휠은 이 부분에서 상당한 개선을 나타내었다. 제3 행은 각각의 샘플의 질량을 나타내고 제4 행은 기준값인 20 인치 OEM 휠과 대비한 질량의 감소량을 나타낸다. 제5 행은 관성 - 회전 가속도(스피닝(spinning))로 인해 필요한 동력(power)을 나타낸다. 제6 행은 기준값으로부터 개선된 관성 %를 나타낸다. 다시 말해서, 본 발명의 한 실시형태에 따라 구성된 휠과 휠 조립체는 기준값에 비해 뚜렷한 개선을 나타낸다.

제7 행은 질량 - 병진 가속도(translational acceleration)(횡방향 운동)로 인해 필요한 동력을 나타낸다. 제8 행은 기준값인 20 인치 OEM 휠에 비해 개선된 동력 %를 나타낸다. 제9 행은 질량과 관성으로 인해 필요한 동력을 나타내고 제10 행은 이 부분에서 기준값에 비해 개선된 값을 나타낸다. 제11 행은 각각의 샘플에 대한 공기역학 및 질량의 조합으로 인한 연비 효과를 나타낸다. 제12 행은 기준값에 비해 개선된 연비 %를 나타낸다. 제11 행 및 제12 행에 대한 테스트는 SAE J2263와 SAE J2264에 따라 수행되었다.

다른 실시형태에 따르면, 복수의 휠 스포크와 복수의 클래드 스포크가 협력하여 클래드 외측 표면쪽으로 오목한 평균 캠버(mean camber)를 형성하여, 휠 조립체가 회전할 때 휠 조립체의 내측의 대기(atmosphere)에는 비교적 높은 압력이 발생되고 휠 조립체의 외측의 대기에는 비교적 낮은 압력이 발생된다. 대체 실시형태로서, 휠 조립체가 회전할 때 휠 조립체의 내측에는 비교적 높은 압력이 발생되고 휠 조립체의 외측에는 비교적 낮은 압력이 발생되도록 클래드 외측 표면쪽으로 오목한 평균 캠버가 포함될 수 있다. 또 다른 실시형태에 따르면, 전체적인 차량 항력 계수에 긍정적인 효과를 발생시키기 위해서 클래드의 외측 표면에 대해 안쪽으로나 바깥쪽으로의 공기유동을 발생시키도록 결합하여 설계되어 있는 휠과 클래드의 결합된 기하학적 구조로 인해서, 클래드의 외측에 작용하는 압력이 휠의 내측에 비해 더 낮을 수 있다.

비록 단지 소수의 예시적인 실시례를 위에서 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야의 전문가는 본 발명의 여러 실시례의 새로운 개시내용과 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고서 상기 예시적인 실시례에 많은 수정을 할 수 있다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 모든 수정사항은 아래의 청구항에 한정된 본 발명의 실시례의 범위 내에 포함되는 것이다. 청구항에서, 기능식(means-plus-function) 문구(clause)는 상기한 기능을 수행하는 것으로 본 명세서에 기술된 구조 그리고 구조적인 등가물 뿐만아니라 동등한 구조를 포함하는 것이다.