KR102034011B1 - 부스바 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄과 구리를 마찰용접하여 상호 견고하게 결합 가능한 부스바 제조방법에 관한 것으로, 제1 전도체의 양단에 제2 전도체를 각각 배치하는 배치단계; 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이를 마찰용접하는 마찰용접단계; 및 상기 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 압착하여 부스바를 형성하는 압착단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

부스바 제조방법{Manufacturing method of a bus bar}

본 발명은 부스바 제조방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄과 구리를 마찰용접하여 상호 견고하게 결합 가능한 부스바 제조방법에 관한 것이다.

전기 에너지를 전달하는 매개체인 부스바(Bus bar)는 발전소, 대형 건물, 대형 공장, 대형 백화점, 지하철, 신공항 등에서 전류 용량이 큰 대형 송배전선, 전기기기용 도체, 통신 케이블 등의 송전회로를 구성하며, 일반적으로 주로 케이블이 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 부스바의 다양한 장점 때문에 케이블의 대체품으로 많이 사용되고 있다.

부스바와 케이블을 구조상으로 비교해 보면, 유사한 점은 도체와 절연체를 가진다는 것이지만, 부스바의 가장 큰 장점은 같은 부피의 도체로 더욱 많은 전기 에너지를 전달할 수 있다는 점이다. 따라서 대용량의 배전 시스템에서 부스바의 장점이 인식되면서 그 사용량이 급속히 증가되고 있으며, 과거와 비교하여 대용량의 전기에너지를 필요로 하는 대형 건물, 대형 공장, 발전소, 지하철 등의 수요가 급증하는 추세에 맞추어 부스바는 안전하고 에너지의 손실이 적어서 현대의 대용량 송전 시스템에 매우 적합한 부품으로 인식되고 있다.

한국등록특허 제10-0977089호(2010.08.13 등록)는 부스바 및 부스바 가공 방법에 관하여 기재되어 있으며, 개시된 기술에 따르면, 전도체 물질을 압출 성형하여, 측단부가 '

' 형태로 굴곡진 판형의 중간재를 제작하는 단계; 상기 중간재를 소정의 폭으로 커팅 가공하는 커팅 단계; 및 관통공을 형성하기 위하여 상기 중간재를 펀칭 가공하는 펀칭 단계 를 포함하고, 상기 커팅 단계와 상기 펀칭 단계는 동시에 이루어지며, 상기 전도체 물질은 알루미늄인 것을 특징으로 한다.

한국등록특허 제10-0603021호(2006.07.12 등록)는 은 코팅층이 첨가된 동-알루미늄 클래드 부스바 및 그 제조방법에 관하여 기재되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 전기 에너지를 전달하는 통전용 부스바에 있어서, 상기 부스바의 몸체는 일정 길이와 두께의 알루미늄으로 형성되고, 상기 알루미늄의 전체 표면에 일정 두께의 은 층이 존재하며, 상기 은 층 표면에 일정 두께의 동 층이 존재하는 동-은-알루미늄 적층 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 종래에는 구리 또는 알루미늄 소재로 부스바를 제조하는 것이 일반적인데, 구리의 경우 가격이 비싸며, 특성상 무게가 무겁기 때문에 제품의 내구성에 문제를 일으킬 소지가 있다.

반면에 가격이 저렴한 소재인 알루미늄의 경우 구리소재에 비하여 낮은 전기전도도로 인하여 구리보다 2배 이상의 부피를 가져야하며 그렇지 않은 경우 전기 통전시 열이 발생하게 되어 사용환경에 따라 냉각기를 설치해 주어야 하는 문제가 발생하며, 통전시 발생 가능한 아크에 의해서 용융점이 낮은 알루미늄 소재의 용융이 발생할 여지가 높기 때문에 중전기기나 그 이상의 용량 기기에는 적합하지 않은 문제점이 있다.

상술한 바와 같이 종래의 은 코팅층이 첨가된 동-알루미늄 클래드 부스바 및 그 제조방법은, 알루미늄과 구리 간의 결합시 불량이 발생하거나, 알루미늄과 구리 간의 결합이 견고하지 못한 경우가 많아 외부 충격 등에 의해 결합부분이 갈라지는 문제점이 있었다. 이로 인해 부스바의 제조과정이 복잡해지고 유지 보수 비용이 상승되는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-0977089호 한국등록특허 제10-0603021호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄과 구리를 마찰용접하여 상호 견고하게 결합 가능한 부스바 제조방법을 제공한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 특징에 따르면, 제1 전도체의 양단에 제2 전도체를 각각 배치하는 배치단계; 상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이를 마찰용접하는 마찰용접단계; 및 상기 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 압착하여 부스바를 형성하는 압착단계를 포함하는 부스바 제조방법을 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 압착단계는, 프레스 장치를 미리 기 설정된 온도로 예열하는 예열과정; 및 예열된 프레스 장치에 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 투입한 후 압착하여 부스바를 성형하는 제1 압착과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 압착단계는, 압착 성형된 부스바를 기 설정된 온도로 템퍼링하는 템퍼링과정; 및 템퍼링된 부스바를 프레스 장치에 투입하여 2차로 압착 성형하는 제2 압착과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제1 전도체는, 봉 형태의 알루미늄인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 제2 전도체는, 봉 형태의 구리인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 압착단계는, 상기 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 기 설정된 모양으로 압출 성형하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 압착단계는, 상기 제1 전도체를 평면 형태 또는 3차원 형태로 성형하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 압착단계에서 형성된 부스바의 표면을 코팅제를 이용하여 코팅하는 코팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 알루미늄의 양단에 구리를 마찰용접하여 부스바를 제조함으로써, 원가를 절감하고 무게를 줄이며, 성능을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의해 부스바의 대폭적인 경량화가 가능해짐에 따라 경량화 및 강성이 요구되는 자동차를 비롯한 각종 이동수단에 사용이 가능하며, 보관 및 운반이 용이하고 작업성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 알루미늄과 구리 사이의 결합력이 견고하고 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 원하는 크기 및 형상의 부스바를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 부스바 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 부스바 제조방법에 의해 제조된 부스바이다.
도 3은 도 1에 있는 압착단계를 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 부스바 제조방법을 설명하는 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 부스바 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 부스바 제조방법을 설명하는 순서도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 부스바 제조방법에 의해 제조된 부스바이다.

도 1을 참조하면, 우선, 이송장치를 이용하여 제1 전도체의 양단에 제2 전도체를 각각 배치한다(S100).

상술한 단계 S100에 있어서, 제1 전도체는 봉 형태의 알루미늄이며, 제2 전도체는 봉 형태의 구리인 것을 특징으로 한다. 이때, 전기접점이 발생하는 부분에 상대적으로 전기전도도가 높고 용융점이 높은 구리소재를 위치시켜주는 것이 바람직하다.

상술한 단계 S100에 있어서, 제1 전도체와 제2 전도체는 봉 형태인 것이 바람직하나, 필요에 따라 다양한 형상 및 크기로 이루어질 수 있다.

상술한 단계 S100에 있어서, 제1 전도체의 양단에 제2 전도체가 밀착되도록 배치할 수 있다.

상술한 단계 S100에서 배치된 제1 전도체와 제2 전도체 사이를 마찰용접기를 이용하여 마찰용접한다(S200).

마찰 용접은 소재를 1분에 1600-2200rpm으로 회전시키면서 3-10ton 범위로 정지한 소재의 측면을 가압하여 접촉면에서 1000-1400℃의 마찰열이 발생되도록 하고, 이후로 회전하는 소재를 정지시키는 동시에 접촉면 방향으로 7-20ton 범위로 재차 가압하여 접촉면을 소성변형시킴으로써 용접하는 방식이다.

상술한 단계 S200에 있어서, 제1 전도체 및 제2 전도체를 마찰용접기에 장착하여, 회전력에 의해 제1 전도체 및 제2 전도체를 상호 역방향으로 회전시키고, 제1 전도체와 제2 전도체의 밀착면에서 발생되는 마찰열에 의해 접합시킬 수 있다. 이에 따라, 서로 역회전 하는 제1 전도체와 제2 전도체를 밀착시킴으로써, 상대속도를 제1 전도체와 제2 전도체의 회전속도를 합친 것만큼 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터의 제동력이 없는 경우에도 정회전하는 제1 전도체의 짝힘과 역회전하는 제2 전도체의 역짝힘이 밀착면에서 힘의 합성에 의해 관성이 상쇄됨으로써 제동되도록 하는 효과를 제공할 수 있다.

상술한 단계 S200에 있어서, 제1 전도체 및 제2 전도체를 상호 역방향으로 기 설정된 회전속도(예를 들어, 1분에 1600 내지 2200rpm 등)로 회전시킬 수 있으며, 제1 전도체와 제2 전도체의 밀착면의 마찰열이 기 설정된 온도(예를 들어, 제1 전도체 및 제2 전도체의 녹는점 등)에 도달할 때까지 회전시킬 수 있다.

상술한 단계 S200에 있어서, 제1 전도체와 제2 전도체가 밀착된 상태에서 상호 역방향으로 회전하는 동안에 밀착면 방향으로 7 내지 20ton 범위로 가압력을 제공할 수 있다.

상술한 단계 S200에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 압착하여 부스바를 형성한다(S300).

상술한 단계 S300에 있어서, 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 기 설정된 모양(예를 들어, 판 형상, 원기둥 형상) 및 두께로 압착 또는 압출 성형할 수 있다.

상술한 단계 S300에 있어서, 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 압연롤장치를 통과시켜 압연 성형할 수 있다. 이때, 압연 성형이 용이하도록 하기 위해 제1 전도체와 제2 전도체를 미리 가열할 수 있으며, 압연 성형을 통해 제1 전도체와 제2 전도체의 모서리 부분을 라운드지게 성형하는 등 다양한 형상으로 성형할 수 있다.

상술한 단계 S300에 있어서, 제1 전도체를 평면 형태 또는 3차원 형태로 성형할 수 있다.

상술한 단계 S300에서 형성된 부스바를 원하는 크기로 절단할 수 있으며, 부스바의 양단을 펀칭하여 단자연결을 위한 홀을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 단계를 지닌 부스바 제조방법은, 알루미늄의 양단에 구리를 마찰용접하여 부스바를 제조함으로써, 원가를 절감하고 무게를 줄이며, 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 알루미늄과 구리 사이의 결합력이 견고하고 높은 강도를 가질 뿐만 아니라, 원하는 크기 및 형상의 부스바를 제조할 수 있다.

도 3은 도 1에 있는 압착단계를 설명하는 순서도이다.

도 3을 참조하면, 프레스 장치를 미리 기 설정된 온도(예를 들어, 200 ~ 300℃)로 예열한다(S310).

상술한 단계 S310에서 예열된 프레스 장치에 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 투입한 후 압착하여 부스바를 성형한다(S320).

상술한 단계 S320에 있어서, 미리 예열된 프레스 장치에 의해 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체의 형상이 용이하게 성형됨은 물론, 성형 시 제1 전도체와 제2 전도체 사이의 접합력이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

상술한 단계 S320에서 압착 성형된 부스바를 기 설정된 온도로 템퍼링한다(S330).

상술한 단계 S330에 있어서, 템퍼링은 약 400 ~ 500℃에서 실시되는 것이 바람직하다. 템퍼링 온도가 400℃ 미만이면 그 효과가 불충분하고, 템퍼링 온도가 500℃를 초과하면 강도가 저하될 수 있다.

상술한 단계 S330에 있어서, 템퍼링은 3 ~ 5시간 범위 내에서 실시되는 것이 바람직하다.

상술한 단계 S330에서 템퍼링된 부스바를 프레스 장치에 투입하여 2차로 압착함으로써, 원하는 크기 및 형상으로 성형한다(S340).

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 부스바 제조방법을 설명하는 순서도이다.

도 4를 참조하면, 상술한 단계 S300에서 형성된 부스바의 표면을 코팅제를 이용하여 코팅한다(S400).

상술한 단계 S400에 있어서, 코팅은, 캘린더도장, 커튼도장, 침적도장, 전착도장, 정전도장, 용사도장, 유동침적도장, roll도장, 나이프 스프레이도장 중에서 필요에 따라 선택하여 도장할 수 있다.

상술한 단계 S400에 있어서, 코팅제는, 외부로 방출되는 전기의 절연에 탁월한 폴리염화비닐수지(PVC), 에폭시수지 또는 실리콘일 수 있으며, 그 외에 절연 기능을 가진 재질을 사용할 수도 있다.

상술한 단계 S400에 있어서, 전기접점이 발생하는 제2 전도체에는 코팅이 되지 않도록 테이핑 처리 후 코팅작업을 수행할 수 있다.

상술한 단계 S400에 있어서, 코팅작업이 적합한 온도(예를 들어, 150 ~ 300℃)로 부스바의 표면을 가열한 상태에서 코팅작업을 수행할 수 있다.

상술한 단계 S400에 있어서, 부스바의 표면에 절연 재질을 코팅함으로써, 부스바의 절연능력을 증가시켜 전기자동차와 같은 고전압용 등의 다양한 전기 기기에 사용할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

S100 : 배치단계
S200 : 마찰용접단계
S300 : 압착단계
S310 : 예열과정
S320 : 제1 압착과정
S330 : 템퍼링과정
S340 : 제2 압착과정
S400 : 코팅단계

Claims (5)

1. 봉 형태의 알루미늄인 제1 전도체의 양단에 봉 형태의 구리인 제2 전도체를 각각 배치하는 배치단계;
   상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체 사이를 마찰용접하는 마찰용접단계; 및
   상기 마찰용접단계에서 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 압착하여 부스바를 형성하는 압착단계를 포함하되,
   상기 마찰용접단계에 있어서,
   상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 마찰용접기에 장착하여, 회전력에 의해 상기 제1 전도체 및 상기 제2 전도체를 상호 역방향으로 1600 내지 2200rpm의 회전속도로 회전시키고,
   상기 제1 전도체와 상기 제2 전도체가 밀착된 상태에서 상호 역방향으로 회전하는 동안에 밀착면 방향으로 7 내지 20ton 범위로 가압력을 제공하여 접합시키며,
   상기 압착단계는,
   프레스 장치를 미리 기 설정된 온도로 예열하는 예열과정;
   예열된 프레스 장치에 마찰용접된 제1 전도체와 제2 전도체를 투입한 후 압착하여 부스바를 성형하는 제1 압착과정;
   압착 성형된 부스바를 기 설정된 온도로 템퍼링하는 템퍼링과정; 및
   템퍼링된 부스바를 프레스 장치에 투입하여 2차로 압착 성형하는 제2 압착과정을 포함하며,
   상기 압착단계 이후에,
   부스바의 양단을 펀칭하여 단자열결을 위한 홀을 형성하며,
   부스바의 표면을 코팅제를 이용하여 코팅하는 코팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부스바 제조방법.
   
   
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