KR20220033698A - 부스 바 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220033698A
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김병수
임재선
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현대자동차주식회사
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Abstract

부스 바 및 이의 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 따른 부스 바는 제1 금속 재질의 제1 금속부; 및 상기 제1 금속부와 상이한 제2 금속 재질의 제2 금속부;를 포함하고, 상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부는 회전 마찰 용접(RFW: rotary friction welding)에 의해 결합될 수 있다.

Description

부스 바 및 이의 제조 방법 {BUS BAR AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 부스 바 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이종 재질의 두 개의 모재를 회전마찰용접을 적용한 부스 바 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등의 친환경 차량은 전기 에너지에 의해 동작하는 구동 모터를 통해 차량이 주행한다.
자동차는 중량이 매우 무겁기 때문에 빠른 속도로 가속하기 위해서는 구동 모터의 출력을 증가시켜야 한다.
구동 모터의 출력은 인가되는 전압의 크기 등에 의해 결정되는데, 배터리에서 출력되는 직류 전류는 인버터에 의해 교류 전류로 변환되면서 구동 모터의 출력이 조절된다. 인버터는 케이블이 구비된 커넥터에 의해 구동 모터와 연결된다.
이때, 차량의 인버터에서 변환된 교류 전류를 구동 모터로 공급하기 위해 전도체인 부스 바가 구비되고, 부스 바를 통해 커넥터와 직접 연결되어 구동 모터로 교류 전류를 공급할 수 있다. 부스 바(bus bar)는 전선을 대체하여 큰 전기 용량을 배터리 또는 발전기에서 구동 모터로 공급할 수 있다.
종래의 부스 바는, 바(bar) 형태로 형성되고, 동일한 재질(예를 들어, 구리)로 형성되되 때문에 전체 무게와 제조 원가가 증가하는 문제가 발생하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
[특허문헌]
대한민국등록특허 제10-1844270호(2018.03.27 등록)
대한민국등록특허 제10-1931320호(2018.12.14 등록)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전체 무게와 제조 원가를 절감할 수 있는 부스 바 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 진동이나 외부 충격에 강건한 부스 바 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바는 제1 금속 재질의 제1 금속부; 및 상기 제1 금속부와 상이한 제2 금속 재질의 제2 금속부;를 포함하고, 상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부는 회전 마찰 용접(RFW: rotary friction welding)에 의해 결합될 수 있다.
상기 제1 금속 재질은 알루미늄일 수 있다.
상기 제2 금속 재질은 구리일 수 있다.
상기 제2 금속부의 표면에는 은 도금될 수 있다.
상기 제2 금속부에는 상기 제1 금속부의 직경과 동일한 제1 몸체, 및 상기 제1 몸체의 직경보다 작은 직경의 제2 몸체를 포함하는 단차부가 형성될 수 있다.
상기 단차부를 제외한 상기 제2 금속부에만 은 도금될 수 있다.
상기 단차부에는 원주 방향을 따라 복수 개의 홈이 형성될 수 있다.
상기 홈은 상기 제1 금속부의 중심 축과 평행한 평면으로 형성될 수 있다.
상기 제2 금속부의 하면에는 볼트를 삽입하기 위한 볼트 체결공이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법은 제1 금속 재질의 제1 금속부를 가공하는 단계; 상기 제1 금속 재질과 상이한 제2 금속 재질의 제2 금속부를 가공하는 단계; 상기 제2 금속부를 은 도금하는 단계; 및 상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부를 회전 마찰 용접(RFW: rotary friction welding)에 의해 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 회전 마찰 용접에 의해 결합하는 단계는 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부 중 어느 하나를 클램프 척(clamp chuck)에 장착하고, 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부 중 다른 하나를 회전 척(spindle chuck)에 장착하는 단계; 상기 회전 척에 장착된 금속부를 회전시키는 단계; 상기 회전 척에 장착된 금속부를 상기 클램프 척에 장착된 금속부와 접촉시키는 단계; 상기 회전 척을 정지시키면서 상기 회전 척의 금속부를 상기 클램프 척의 금속부에 가압하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법은 상기 회전 마찰 용접에 의해 형성되는 버를 제거하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법은 상기 제2 금속부에 단차부를 가공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 단차부는 상기 제1 금속부의 직경과 동일한 제1 몸체, 상기 제1 몸체의 직경보다 작은 직경의 제2 몸체를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법은 상기 제2 금속부에 복수 개의 홈을 가공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 홈은 상기 부스 바의 중심 축과 평행한 평면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법은 상기 제1 몸체부의 하면에 볼트를 삽입하기 위한 볼트 체결공을 가공하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바 및 이의 제조 방법에 의하면, 이종 재질의 두 개의 금속부를 회전 마찰 용접에 의해 결합함으로써, 제조 원가와 전체 무게를 감소시킬 수 있다.
또한, 부스 바의 도금 부위를 최소화할 수 있어 제조 원가를 절감할 수 있고, 환경 친화적이다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 회전 마찰 용접 과정을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 회전 마찰 용접 과정을 도시한 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 장착 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 장착 상태를 도시한 단면도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 구성을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바는 이종 재질의 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)를 포함할 수 있다.
제1 금속부(100)는 원통 형상으로 형성되고, 제1 금속부(100)는 알루미늄(Al) 재질로 형성될 수 있다.
제2 금속부(200)는 제1 금속부(100)와 동축상에 서로 다른 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되고, 제2 금속부(200)는 구리(Cu) 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 금속부(200)는 원통 형상의 제2-1 몸체 및 제2-1 몸체의 직경보다 큰 직경을 갖는 제2-2 몸체를 포함할 수 있다. 제2-2 몸체의 직경은 제1 금속부(100)의 직경과 동일하게 형성될 수 있다.
제2 금속부(200)의 표면에는 은(Ag) 도금될 수 있다.
제2 금속부(200)에는 제1 금속부(100)의 직경과 동일한 제1 몸체, 및 제1 몸체의 직경보다 작은 직경의 제2 몸체를 포함하는 단차부(210)가 형성될 수 있다. 단차부(210)는 CNC 선반 (computer numerically controlled lathe)에 의해 가공될 수 있다.
단차부(210)의 형성에 의해 제2 금속부(200)의 단차부(210)를 제외한 부분만 은 도금된 상태를 유지할 수 있다.
단차부(210)의 외주면(예를 들어, 단차부(210)의 제2 몸체의 외주면)에는 복수 개의 홈(220)이 형성될 수 있다.
복수 개의 홈(220)은 제1 금속부(100)(또는, 제2 금속부(200))의 중심축과 평행한 평면으로 형성될 수 있다. 복수 개의 홈(220)은 원주 방향으로 동일한 간격으로 이격되어 형성될 수 있다.
제1 금속부(100)의 하면에는 볼트를 삽입하기 위한 볼트 체결공(110)이 형성될 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 프레스 절단기에 의해 원통 형상의 제1 금속부(100)를 가공한다(S10). 제1 금속부(100)는 앞에서 설명한 바와 같이, 알루미늄(Al) 재질로 형성된다.
CNC 선반 (computer numerically controlled lathe)에 의해 서로 다른 직경을 갖는 제2 금속부(200)를 가공한다(S20). 제2 금속부(200)는 앞에서 설명한 바와 같이, 구리(Cu) 재질로 형성된다.
전기 도금기(electroplater)에 의해 제2 금속부(200)를 은(Ag) 도금한다. 이때, 제2 금속부(200)를 전해액이 저장된 도금조 내부에 잠기도록 배치하고, 은(Ag) 소재가 제2 금속부(200)와 일정 간격 이격되어 도금조의 전해액에 잠기도록 배치한다.
제2 금속부(200)에는 음극(-)을 연결하고, 은(Ag) 소재에는 양극(+)을 연결한 상태에서 양극과 음극을 통전시키면, 전기 분해에 의해 은(Ag) 소재의 금속 이온이 피도금체(즉, 제2 금속부(200))의 표면에 달라붙게 된다. 이와 같은 전기 도금 과정을 통해 제2 금속부(200)의 표면에 은(Ag)이 일정 두께로 도금될 수 있다.
마찰 용접기에 의해 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)를 접합한다(S40).
회전 마찰 용접에 의해 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)를 결합하는 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 회전 마찰 용접 과정을 도시한 순서도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 회전 마찰 용접 과정을 도시한 공정도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 금속부(100)를 마찰 용접기의 회전 척(spindle chuck)에 장착하고, 제2 금속부(200)를 마찰 용접기의 클램프 척(clamp chuck)에 장착한다(S410).
회전 척을 회전시켜 제1 금속부(100)를 설정된 속도(예를 들어, 1,600~2200 RPM)로 회전시킨다(S420).
회전 척을 클램프 척으로 이동시켜, 회전 척에 장착된 제1 금속부(100)와 클램프 척에 장착된 제2 금속부(200)가 접촉시킨다(S430).
제1 금속부(100)가 고속으로 회전하면서 제2 금속부(200)와 접촉하면, 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)의 접촉면이 마찰열에 의해 용융된다.
제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)의 접촉면에서 발생하는 마찰열이 설정된 온도(예를 들어, 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)의 용융점)에 도달하게 되면, 스핀들 척을 급속 정지시키고, 스핀들 척에 장착된 제1 금속부(100)를 클램프 척에 장착된 제2 금속부(200)에 가압시켜, 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)를 접합시킨다(S440).
예를 들어, 제1 금속부(100)를 제2 금속부(200)를 향하여 7 내지 20톤의 압력으로 5mm 이동시켜 가압할 수 있따.
이후, CNC 선반에 의해 마찰 용접에 의해 융기된 용접부(300)(예를 들어, 버(burr))을 가공하여(S450), 회전 마찰 용접을 완성한다(S460).
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 후가공을 통해 복수 개의 홈(220)과 볼트 체결공(110)을 가공한다(S50).
이때, CNC 선반에 의해 복수 개의 홈(220)과 볼트 체결공(110)을 가공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 장착 상태를 도시한 사시도이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바의 장착 상태를 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 부스 바는 커넥터에 장착될 수 있다.
커넥터는, 인버터와 구동모터를 연결하기 위한 것으로, 회전 마찰 용접에 의한 알루미늄-구리 이종접합 부스 바에 대응되는 형상의 결합홀이 형성된다.
커넥터에 형성되는 결합홀에는 제2 금속부(200)에 형성되는 홈(220)에 삽입되는 결합 돌기가 돌출 형성될 수 있다.
부스 바가 커넥터의 결합홀에 결합될 때, 결합홀에 형성되는 결합 돌기가 제2 금속부(200)의 홈(220)에 삽입되어, 부스 바가 회전하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 별도의 결합 수단을 사용하지 않더라도, 커넥터에 부스 바를 용이하게 결합할 수 있고, 부스 바가 회전하거나 커넥터로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 외부의 진동이나 충격이 발생하더라도 부스 바가 커넥터와 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다.
또한, 알루미늄 재질의 제1 금속부(100)와 구리 재질의 제2 금속부(200)를 회전 마찰 용접에 의해 결합시킴으로써, 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200) 전체를 구리로 제조하는 경우와 비교하여 전체 중량이 약 34% 감소하고, 구리의 사용량이 대략 절반으로 감소한다. 또한, 부스 바 전체를 은(Ag) 도금하는 경우와 비교하여 은의 사용량도 감소하고 이로 인해 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 접촉부로 사용되는 부분만 은(Ag) 도금하게 되어 도금되는 부분이 최고화되는 친환경적인 제조 공법이다.
나아가, 회전 마찰 용접을 통해 제1 금속부(100)와 제2 금속부(200)를 결합시킴으로써, 결합력이 견고하고 높은 강도를 가질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 부스 바
100: 제1 금속부
110: 볼트 체결공
200: 제2 금속부
210: 단차부
220: 홈
300: 용접부

Claims (17)

  1. 제1 금속 재질의 제1 금속부; 및
    상기 제1 금속부와 상이한 제2 금속 재질의 제2 금속부;
    를 포함하고,
    상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부는 회전 마찰 용접(RFW: rotary friction welding)에 의해 결합되는 부스 바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 재질은 알루미늄인 부스 바.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속 재질은 구리인 부스 바.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속부의 표면에는 은 도금된 부스 바.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 금속부에는 상기 제1 금속부의 직경과 동일한 제1 몸체, 및 상기 제1 몸체의 직경보다 작은 직경의 제2 몸체를 포함하는 단차부가 형성되는 부스 바.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단차부를 제외한 상기 제2 금속부에만 은 도금된 부스 바.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단차부에는 원주 방향을 따라 복수 개의 홈이 형성되는 부스 바.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 홈은 상기 제1 금속부의 중심 축과 평행한 평면으로 형성되는 부스 바.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속부의 하면에는 볼트를 삽입하기 위한 볼트 체결공이 형성되는 부스 바.
  10. 제1 금속 재질의 제1 금속부를 가공하는 단계;
    상기 제1 금속 재질과 상이한 제2 금속 재질의 제2 금속부를 가공하는 단계;
    상기 제2 금속부를 은 도금하는 단계; 및
    상기 제1 금속부와 상기 제2 금속부를 회전 마찰 용접(RFW: rotary friction welding)에 의해 결합하는 단계;
    를 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전 마찰 용접에 의해 결합하는 단계는
    상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부 중 어느 하나를 클램프 척(clamp chuck)에 장착하고, 상기 제1 금속부 및 상기 제2 금속부 중 다른 하나를 회전 척(spindle chuck)에 장착하는 단계;
    상기 회전 척에 장착된 금속부를 회전시키는 단계;
    상기 회전 척에 장착된 금속부를 상기 클램프 척에 장착된 금속부와 접촉시키는 단계;
    상기 회전 척을 정지시키면서 상기 회전 척의 금속부를 상기 클램프 척의 금속부에 가압하는 단계;
    를 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 회전 마찰 용접에 의해 형성되는 버를 제거하는 단계;
    를 더 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 금속부에 단차부를 가공하는 단계;
    를 더 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단차부는
    상기 제1 금속부의 직경과 동일한 제1 몸체, 상기 제1 몸체의 직경보다 작은 직경의 제2 몸체를 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제2 금속부에 복수 개의 홈을 가공하는 단계;
    를 더 포함하는 부스 바의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수 개의 홈은 상기 부스 바의 중심 축과 평행한 평면으로 형성되는 부스 바의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제1 몸체부의 하면에 볼트를 삽입하기 위한 볼트 체결공을 가공하는 단계;
    를 더 포함하는 부스 바의 제조 방법.
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