JP6830274B2

JP6830274B2 - バスバー製造方法

Info

Publication number: JP6830274B2
Application number: JP2019169253A
Authority: JP
Inventors: フンキム、ミョン; ドクソ、ジョン
Original assignee: エイエフダブリューカンパニーリミテッド
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-02-17
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: CN111370181B; KR102034011B1; CN111370181A; JP2020104172A

Description

本発明はバスバー製造方法に関し、特にアルミニウムと銅を摩擦溶接して互いに堅固に結合できるバスバー製造方法に関する。

電気エネルギーを伝達する媒介体であるバスバー（Ｂｕｓｂａｒ）は、発電所、大型建物、大型工場、大型デパート、地下鉄、新空港などで電流の容量が大きな大型送配電線、電気機器用導体、通信ケーブルなどの送電回路を構成し、一般的には主にケーブルが多く使われてきたが、最近ではバスバーが多様な長所を有しているため、ケーブルの代替品として多く使われている。

バスバーとケーブルを構造の面で比較してみると、類似点は導体と絶縁体を有するという点であるが、バスバーの最大の長所は同じ体積の導体でより多くの電気エネルギーを伝達できるという点である。したがって、大容量の配電システムにおいてバスバーの長所が認識されてその使用量が急速に増加しており、過去と比較して大容量の電気エネルギーを必要とする大型建物、大型工場、発電所、地下鉄などの需要が急増する趨勢に合わせて、バスバーは安全かつエネルギーの損失が少ないため現代の大容量送電システムに非常に適合した部品と認識されている。

韓国登録特許第１０−０９７７０８９号（２０１０．０８．１３登録）にはバスバーおよびバスバー加工方法について記載されており、開示された技術によると、電気伝導体物質を押出成形して、側端部が

形態に屈曲した板状の中間材を製作する段階；前記中間材を所定の幅にカッティング加工するカッティング段階；および貫通孔を形成するために前記中間材をパンチング加工するパンチング段階を含み、前記カッティング段階と前記パンチング段階は同時に行われ、前記電気伝導体物質はアルミニウムであることを特徴とする。

韓国登録特許第１０−０６０３０２１号（２００６．０７．１２登録）には銀コーティング層が添加された銅−アルミニウムクラッドバスバーおよびその製造方法について記載されている。開示された技術によると、電気エネルギーを伝達する通電用バスバーにおいて、前記バスバーの胴体は一定の長さと厚さのアルミニウムで形成され、前記アルミニウムの全体の表面に一定厚さの銀層が存在し、前記銀層の表面に一定厚さの銅層が存在する銅−銀−アルミニウム積層構造を含むことを特徴とする。

前述した通り、従来は銅またはアルミニウム素材でバスバーを製造するのが一般的であるが、銅の場合、値段が高く、特性上重量が重いため、製品の耐久性に問題を起こす可能性がある。

その反面、安価の素材であるアルミニウムの場合、銅素材に比べて電気伝導度が低いため銅よりも２倍以上の体積を有さなければならず、そうでない場合、通電時に熱が発生してしまうため使用環境によって冷却器を設置しなければならない問題が発生し、通電時に発生し得るアークによって溶融点が低いアルミニウム素材に溶融が発生する可能性が高いため重電機器やそれ以上の容量の機器には適していない問題点がある。

前述した通り、従来の銀コーティング層が添加された銅−アルミニウムクラッドバスバーおよびその製造方法は、アルミニウムと銅間の結合時に不良が発生したり、アルミニウムと銅間の結合が堅固でない場合が多いため、外部の衝撃などによって結合部分に亀裂が発生する問題点があった。このため、バスバーの製造過程が複雑となり、保守費用が上昇する短所がある。

韓国登録特許第１０−０９７７０８９号韓国登録特許第１０−０６０３０２１号

本発明が達成しようとする技術的課題は、前述したような問題点を解決するためのものであって、アルミニウムと銅を摩擦溶接して互いに堅固に結合できるバスバー製造方法を提供する。

このような課題を解決するために、本発明の一特徴によると、第１電気伝導体の両端に第２電気伝導体をそれぞれ配置する配置段階；前記第１電気伝導体と前記第２電気伝導体の間を摩擦溶接する摩擦溶接段階；および前記摩擦溶接段階で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を加圧してバスバーを形成する加圧段階を含む、バスバー製造方法を提供する。

一実施例において、前記加圧段階は、プレス装置をあらかじめ既設定された温度に予熱する予熱過程；および予熱されたプレス装置に摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を投入した後に加圧してバスバーを成形する第１加圧過程を含むことを特徴とする。

一実施例において、前記加圧段階は、加圧成形されたバスバーを既設定された温度でテンパリングするテンパリング過程；およびテンパリングされたバスバーをプレス装置に投入して２次的に加圧成形する第２加圧過程をさらに含むことを特徴とする。

一実施例において、前記第１電気伝導体は、棒状のアルミニウムであることを特徴とする。

一実施例において、前記第２電気伝導体は、棒状の銅であることを特徴とする。

一実施例において、前記加圧段階は、前記摩擦溶接段階で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を既設定された形に押出成形することを特徴とする。

一実施例において、前記加圧段階は、前記第１電気伝導体を平面の形態または３次元の形態に成形することを特徴とする。

一実施例において、前記加圧段階で形成されたバスバーの表面をコーティング剤を利用してコーティングするコーティング段階をさらに含むことを特徴とする。

本発明によると、アルミニウムの両端に銅を摩擦溶接してバスバーを製造することによって、原価を節減し、重さを減らし、性能を向上させることができる。

すなわち、本発明によってバスバーの大幅な軽量化が可能となることによって、軽量化および剛性が要求される自動車をはじめとする各種移動手段に使用が可能であり、保管および運搬が容易であり、作業性が向上する効果がある。

また、アルミニウムと銅間の結合力が堅固で高い強度を有するだけでなく、所望の大きさおよび形状のバスバーを製造できる効果がある。

本発明の第１実施例に係るバスバー製造方法を説明するフローチャート。本発明の第１実施例に係るバスバー製造方法によって製造されたバスバー。図１の加圧段階を説明するフローチャート。本発明の第２実施例に係るバスバー製造方法を説明するフローチャート。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明に関する説明は構造的乃至機能的な説明のための実施例に過ぎないため、本発明の権利範囲は本文に説明された実施例によって制限されるものと解釈されてはならない。すなわち、実施例は多様な変更が可能であり、多様な形態を有することができるため、本発明の権利範囲は技術的思想を具現できる均等物を含むものと理解されるべきである。また、本発明に提示された目的または効果は、特定の実施例がこれをすべて含むべきであるとか、そのような効果のみを含むべきであるという意味ではないため、本発明の権利範囲はこれによって制限されないものと理解されるべきである。

一方、本発明で叙述される用語の意味は次のように理解されるべきである。

「第１」、「第２」等の用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別するためのものであって、これらの用語によって権利範囲が限定されてはならない。例えば、第１構成要素は第２構成要素と命名され得、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名され得る。

ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いると言及された時には、その他の構成要素に直接的に連結されてもよいが、中間に他の構成要素が存在してもよいと理解されるべきである。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いると言及された時には、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されるべきである。一方、構成要素の間の関係を説明する他の表現、すなわち「〜間に」と「すぐ〜間に」または「〜に隣り合う」と「〜に直接隣り合う」等も同様に解釈されるべきである。

単数の表現は文脈上明白に異なることを意味しない限り複数の表現を含むものと理解されるべきであり、「含む」または「有する」等の用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性をあらかじめ排除しないものと理解されるべきである。

ここで使われるすべての用語は異なって定義されない限り、本発明が属する分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に使われる辞書に定義されている用語は関連技術の文脈上有する意味と一致するものと解釈されるべきであり、本発明で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味を有するものと解釈されない。

以下、本発明の実施例に係るバスバー製造方法について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例に係るバスバー製造方法を説明するフローチャートであり、図２は本発明の第１実施例に係るバスバー製造方法によって製造されたバスバーである。

図１を参照すると、まず、移送装置を利用して第１電気伝導体の両端に第２電気伝導体をそれぞれ配置するＳ１００。

前述した段階Ｓ１００において、第１電気伝導体は棒状のアルミニウムであり、第２電気伝導体は棒状の銅であることを特徴とする。この時、電気接点が発生する部分に、相対的に電気伝導度が高く溶融点が高い銅素材を位置させることが好ましい。

前述した段階Ｓ１００において、第１電気伝導体と第２電気伝導体は棒状であることが好ましいが、必要に応じて多様な形状および大きさで形成され得る。

前述した段階Ｓ１００において、第１電気伝導体の両端に第２電気伝導体が密着するように配置することができる。

前述した段階Ｓ１００で配置された第１電気伝導体と第２電気伝導体の間を摩擦溶接機を利用して摩擦溶接するＳ２００。

摩擦溶接は、素材を１分に１６００−２２００ｒｐｍで回転させながら３−１０ｔｏｎの範囲で停止した素材の側面を加圧して接触面で１０００−１４００℃の摩擦熱が発生するようにし、その後、回転する素材を停止させるとともに接触面の方向で７−２０ｔｏｎの範囲で再度加圧して接触面を焼成変形させることによって溶接する方式である。

前述した段階Ｓ２００において、第１電気伝導体および第２電気伝導体を摩擦溶接機に装着して、回転力によって第１電気伝導体および第２電気伝導体を相互に逆方向に回転させ、第１電気伝導体と第２電気伝導体の密着面で発生する摩擦熱によって接合させることができる。これにより、互いに逆回転する第１電気伝導体と第２電気伝導体を密着させることによって、相対速度を第１電気伝導体と第２電気伝導体の回転速度を足し合わせた分くらいに増加させることができるだけでなく、外部からの制動力がない場合にも、正回転する第１電気伝導体の偶力と逆回転する第２電気伝導体の逆偶力が密着面で力の合成によって慣性が相殺されることによって制動されるようにする効果を提供することができる。

前述した段階Ｓ２００において、第１電気伝導体および第２電気伝導体を相互に逆方向に既設定された回転速度（例えば、１分に１６００〜２２００ｒｐｍなど）で回転させることができ、第１電気伝導体と第２電気伝導体の密着面の摩擦熱が既設定された温度（例えば、第１電気伝導体および第２電気伝導体の融点など）に到達するまで回転させることができる。

前述した段階Ｓ２００において、第１電気伝導体と第２電気伝導体が密着した状態で相互に逆方向に回転する間に、密着面方向に７〜２０ｔｏｎ範囲で加圧力を提供することができる。

前述した段階Ｓ２００で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を加圧してバスバーを形成するＳ３００。

前述した段階Ｓ３００において、摩擦溶接段階で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を既設定された形（例えば、板状、円柱状）および厚さで加圧または押出成形することができる。

前述した段階Ｓ３００において、摩擦溶接段階で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を圧延ロール装置を通過させて圧延成形することができる。この時、圧延成形を容易とするために第１電気伝導体と第２電気伝導体をあらかじめ加熱することができ、圧延成形を通じて第１電気伝導体と第２電気伝導体の角部分を丸く（ラウンディング）成形するなどの多様な形状に成形することができる。

前述した段階Ｓ３００において、第１電気伝導体を平面の形態または３次元の形態に成形することができる。

前述した段階Ｓ３００で形成されたバスバーを所望の大きさで切断することができ、バスバーの両端をパンチングして端子連結のためのホールを形成することができる。

前述したような段階を有するバスバー製造方法は、アルミニウムの両端に銅を摩擦溶接してバスバーを製造することによって、原価を節減し、重さを減らし、性能を向上させることができる。また、アルミニウムと銅間の結合力が堅固で高い強度を有するだけでなく、所望の大きさおよび形状のバスバーを製造することができる。

図３は、図１の加圧段階を説明するフローチャートである。

図３を参照すると、プレス装置をあらかじめ既設定された温度（例えば、２００〜３００℃）に予熱するＳ３１０。

前述した段階Ｓ３１０で予熱されたプレス装置に摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を投入した後に加圧してバスバーを成形するＳ３２０。

前述した段階Ｓ３２０において、あらかじめ予熱されたプレス装置によって摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体の形状が容易に成形されることはもちろん、成形時に第１電気伝導体と第２電気伝導体の間の接合力が弱くなることを防止することができる。

前述した段階Ｓ３２０で加圧成形されたバスバーを既設定された温度でテンパリングするＳ３３０。

前述した段階Ｓ３３０において、テンパリングは約４００〜５００℃で実施されることが好ましい。テンパリング温度が４００℃未満であるとその効果が不充分であり、テンパリング温度が５００℃を超過すると強度が低下し得る。

前述した段階Ｓ３３０において、テンパリングは３〜５時間範囲内で実施されることが好ましい。

前述した段階Ｓ３３０でテンパリングされたバスバーをプレス装置に投入して２次的に加圧することによって、所望の大きさおよび形状に成形するＳ３４０。

図４は、本発明の第２実施例に係るバスバー製造方法を説明するフローチャートである。

図４を参照すると、前述した段階Ｓ３００で形成されたバスバーの表面をコーティング剤を利用してコーティングするＳ４００。

前述した段階Ｓ４００において、コーティングは、カレンダーコーティング、カーテンコーティング、ディップコーティング、電着コーティング、静電コーティング、溶射コーティング、流動浸漬コーティング、ｒｏｌｌコーティング、ナイフスプレーコーティングのうち、必要に応じて選択してコーティングすることができる。

前述した段階Ｓ４００において、コーティング剤は、外部に放出される電気の絶縁に優れているポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、エポキシ樹脂またはシリコンであり得、その他に絶縁機能を有する材質を使ってもよい。

前述した段階Ｓ４００において、電気接点が発生する第２電気伝導体にはコーティングされないように、テーピング処理後にコーティング作業を遂行できる。

前述した段階Ｓ４００において、コーティング作業が適合な温度（例えば、１５０〜３００℃）でバスバーの表面を加熱した状態でコーティング作業を遂行できる。

前述した段階Ｓ４００において、バスバーの表面に絶縁材質をコーティングすることによって、バスバーの絶縁能力を増加させて電気自動車のような高電圧用などの多様な電気機器に使うことができる。

以上、本発明の実施例は前述した装置および／または運用方法を通じてのみ具現されるものではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を具現するためのプログラム、そのプログラムが記録された記録媒体等を通して具現されてもよく、このような具現は前述した実施例の記載から本発明が属する技術分野の専門家であれば容易に具現できるものである。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが本発明の権利範囲はこれに限定されず、下記の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

Ｓ１００：配置段階
Ｓ２００：摩擦溶接段階
Ｓ３００：加圧段階
Ｓ３１０：予熱過程
Ｓ３２０：第１加圧過程
Ｓ３３０：テンパリング過程
Ｓ３４０：第２加圧過程
Ｓ４００：コーティング段階

Claims

第１電気伝導体の両端に第２電気伝導体をそれぞれ配置する配置段階；
前記第１電気伝導体と前記第２電気伝導体の間を摩擦溶接する摩擦溶接段階；および
前記摩擦溶接段階で摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を加圧してバスバーを形成する加圧段階を含む構成において、
前記加圧段階は、
プレス装置をあらかじめ既設定された温度に予熱する予熱過程；および
予熱されたプレス装置に摩擦溶接された第１電気伝導体と第２電気伝導体を投入した後に加圧してバスバーを成形する第１加圧過程を含む
ことを特徴とする、バスバー製造方法。
前記加圧段階は、
加圧成形されたバスバーを既設定された温度でテンパリングするテンパリング過程；および
テンパリングされたバスバーをプレス装置に投入して２次的に加圧成形する第２加圧過程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバスバー製造方法。
前記第１電気伝導体は、
棒状のアルミニウムであることを特徴とする、請求項１に記載のバスバー製造方法。
前記第２電気伝導体は、
棒状の銅であることを特徴とする、請求項１に記載のバスバー製造方法。