なぜ自動車のスターターモーターはそれほど多くの電流を消費するのですか

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私はほとんどの車のスターターモーターの力が0.5kwから1.5kwの間で評価されると理解します。それは、彼らが40-120アンペアを消費することになっているという意味ではありませんか？（500 w / 12ボルトなど。）？それでも、彼らが起動すると、彼らは実行する一瞬のために何百ものアンプを描きます。なぜそれが起こるのですか？その期間中、モーターは「オーバークロック」されていますか？

car power starter

— アンドレイ・グリゴーレ
ソース

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「オーバークロック」という用語は、DCモーターには意味がありません。「クロック」は、固定周波数の交流信号を意味します。

— ドミトリーグリゴリエフ

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私は知っている...だからこそ引用符を使用した。より良い用語を考えることができなかったので（私は英語を母国語とはしていません）、コンピューターのCPUとの類似性を考えました。

— アンドレイグリゴーレ

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オーバードライブという言葉が思い浮かびますが、私自身はよくわかりません。

— ドミトリーグリゴリエフ

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いくつかのコメントの後、私はあなたの質問を「なぜ電動機の始動電流は定格（持続）値よりも著しく高いのですか？」と理解しています。これはすべての電気モーターに当てはまると言えます（私の知る限り）。この表現では、electronics.stackexchange.comでこの質問がより適切な場合があります。

— クエンティン

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一般的に電気モーターの消費電流に関するものであるため、electronics.stackexchange.comの方が適切であるため、この質問をトピック外として終了することを投票しています。

— レリエル

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回転アセンブリ（クランク、ピストン（またはローター）など）を動かすには、かなりの力が必要です。参考のために、クランクのブレーカーバーでエンジンをひっくり返してみてください。それほど簡単ではありません（ただし、その一部は圧縮によるものです）。

回転アセンブリのすべての部品-クランクシャフト、コネクティングロッド、ピストン、バルブ、カムシャフト、タイミングチェーン-は、非常に重い金属片になり、かなり小さい電気モーター（スターター）で動かさなければ車を始動できません。それだけでなく、燃焼サイクルを引き継ぐために、彼らはかなり早く動き回らなければなりません。それには多くの力が必要です。

オームの法則（V = I * R）とパワーの定義（P = I ^ 2 * R）を使用して、数値から逆算できます。ここで重要な要素は抵抗であり、これはこの文脈では巨大です。

簡単な答え：金属部品は重く、移動するには多くのエネルギーが必要です。これは、軽量合金や複合材などが高効率設計で非常に重要である理由の1つです。可動部の重量を減らすことで、可動部に必要なエネルギーを減らします。その余剰分はすべて出力に送られ、車/自転車/ジェットパック/宇宙船が高速化されます。

更新

より良い情報についてはコメントをご覧ください。

— 3Dave
ソース

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投稿の電気的な部分が間違っています。「機械抵抗」は電気抵抗とは大きく異なります。スターターモーターの電気抵抗は、あなたが主張するように見えるものよりも確かに低いです。さらに、電気モーターはオームの法則を順守していません（順守したとしても、高電流を得るには低抵抗が必要です）。電気モーターの抵抗は純粋な損失（熱）であるため、メーカーはそれを最小限に抑えようとします。

— クエンティン

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この回答は、IMOの質問のポイントを見逃しています。車をクランクするのに多くの電力が必要な場合、スターターは余分なアンペアではなく、多くのワットを必要とします。

— ドミトリーグリゴリエフ

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@DmitryGrigoryevは（ほぼ）定電圧源（車のバッテリー）で、電力が大きいほど電流は大きくなります（P = u * i）。大量の機械的動力が必要=>大量の電力が必要=>大量の電流が必要（車のバッテリーなどの低電圧DC電源が使用される場合）。

— クエンティン

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これは、OPが具体的に尋ねた初期サージ電流を説明していないため、受け入れられた答えであってはなりません。モーターが動いていることで発生する逆起電力については言及されていません。したがって、モーターが動き始めたときに高い順方向電流を妨げることはありません。en.wikipedia.org/wiki/Counter-electromotive_force

— uɐɪ

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実際、@ DmitryGrigoryevは、瞬時値に対してのみ定義されています。「電気モーターの起動/ピーク電流が定格（持続）値よりも大幅に高いのはなぜですか？」この表現では、electronics.stackexchange.comでこの質問がより適切な場合があります。

— クエンティン

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すべての電気モーターは、定常状態に比べて起動時に多くの電流を消費します。たとえば、冷蔵庫のラベルを確認してください（または、これを見てください）。ラベルの最大電流は、電力対電圧比から得られる値の2〜3倍です。

この背後にある理由は、電気モーターの特性にあります。およそ、そのようなモーターは電流に比例したトルクと電圧に比例した速度を持っています。モーターが始動すると、定常状態でモーターを作動させ続けるために必要なトルクよりも、モーターを作動させるためにはるかに多くのトルクが必要です。したがって、より最新のものが必要です。

ちなみに、多くの車にはさらに強力なスターターがあります（例えば、Landcruiserには2.5 kWのものがあります）。定常状態では200 A以上です。これに2または3を掛けて起動電流を取得すると、バッテリーが供給できる必要がある約500 Aが得られます。

— ドミトリー・グリゴリエフ
ソース

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@AndreiGrigore私は理解しています。これらの大きな600Aバッテリーが何のためにあるのか疑問に思う人がいる場合に備えて、最後の段落を追加しました。

— ドミトリーグリゴリエフ

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あなたは原因と結果を混同しています。モーターは、高トルクを発生させる必要があるため、高電流を流しません。むしろ、固定モーターは低抵抗ワイヤーの単なるコイルです。オームの法則により高電流が流れ、その高電流により強い磁場が発生し、その結果高トルクが発生します。

— デビッドリチャービー

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@DavidRicherby次に、オームの法則の原因と結果を混同しています。コイルは電流を「引き込む」ことはせず、電圧が強制的に流す電流に抵抗することはできません。

— ドミトリーグリゴリエフ

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@DmitryGrigoryevこれは、「電流を描く」というフレーズの意味です。もちろん、ワイヤはなんらかの形でバッテリーから電流を吸い取りません。低抵抗の経路を提供します。いずれにせよ、あなたは実際の内容ではなく、私のコメントのフレージングに応答しているようです。

— デビッドリチャービー

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@DavidRicherbyまあ、モーターはトルクを生成する必要もありません。モーターに印加される電圧によって特定の回転速度に強制されます。摩擦と慣性の存在下でその速度を発生させる唯一の方法は十分なトルク。おそらく、私は実際の内容を把握できないため、あなたのコメントのフレージングに応答しているのでしょう。

— ドミトリーグリゴリエフ

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電気モーターの特徴は、静止時に最高のトルクを生成することです。これに関連して、自動車用の非常に高い初期電流400〜600Aおよび商用スターターモーターは1000Aを超えることができます。

彼らが回転し始めると、現在の需要が低下します-エンジンが500rpmで回転しているときにピニオン/フライホイール比が10対1以上であることを覚えておいてください、そしてスターターは5000をしています...

— ソーラーマイク
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電気モーターの次のモデルを考えます

Va = 12V車内
Ra =巻線、ケーブル、バッテリーなどのオーム抵抗
La =インダクタンス（最初の近似でゼロになると考えてください）
Ia =モーターを流れる電流
Vc =モーターに誘導される電磁電圧（回転速度waに比例）

モーターの定格電力は、通常、速度とトルクの何らかの組み合わせでの利用可能な出力電力（≈Vc* ia）として定義されます。通常の連続動作では、入力電力（= Va * ia）は出力電力よりも少し高くなります。

しかし、起動は「通常の連続操作」ではありません。

最初の近似として、インダクタンスをゼロとして扱うことができます。DCモーターに流れる電流は、電源電圧Va、巻線の抵抗Ra、およびモーターの回転速度に依存する「逆起電力」Vcの3つの要素に依存します。背面EMFに供給される電力（= Vc * ia）はほとんど負荷に供給され、巻線抵抗に供給される電力（= ia ia Ra）は巻線の熱として無駄になります。

モーターと負荷の両方の慣性により、初期回転速度はゼロであるため、最初はモーターの電流は巻線抵抗によってのみ制限され、モーターは通常よりもはるかに多くの電流を消費し、モーターに入るすべての電力が無駄になります熱として。

徐々に負荷とモーターが速度Vcに達すると、V_Raが減少するため、Ia（=（Va-Vc）/ Ra）も減少し、モーターは通常の連続運転に移行します。エンジニアが仕事を正しく行えば、モーターは過熱する前に安全な動作速度に達するはずです。

車の場合は、エンジンが始動し、スターターモーターが切断されることが望まれます。

— ピーター・グリーン
ソース

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典型的なスターターモーターは、始動時に高トルクを生成できる誘導モーターです。固定子コイルと回転子コイルがあります。固定子コイルは、モーターハウジングの内側に固定された銅線の多数の巻きで構成されています。回転子コイルは、回転子シャフトに固定された銅線の多数の巻きで構成されています。スターターがオンになると、12ボルト（V）のカーバッテリーがスターターモーターに電流を送ります。この瞬間、モーターの抵抗（R）は、固定子コイルと回転子コイルを構成する銅線の抵抗であるため、低くなります（0.05オーム未満）。そのため、初期開始電流（I）は高くなります（240アンペア以上、オームの法則からI = V / R = 12 / 0.05）。これはピーク開始電流であり、ほんの数秒しか続きません。スターターモーターのローターが回転し始めると、固定子と回転子のコイルの電界が相互作用して、バッテリーからの入力電圧に対抗する内部電圧である「逆起電力」を生成します。スターターモーターの動きは、エンジンが始動するまでエンジンをひっくり返すのに必要な機械的な力に逆らいます。スターターモーターは、エンジンを数秒間回転させるだけで済むように、エンジンの回転に必要なエンジンに適合しています。これらの数秒間にスターターモーターが必要とする電流は、上記のピーク電流の約半分まで低下します。スターターモーターは、エンジンを数秒間回転させるだけで済むように、エンジンの回転に必要なエンジンに適合しています。これらの数秒間にスターターモーターが必要とする電流は、上記のピーク電流の約半分まで低下します。スターターモーターは、エンジンを数秒間回転させるだけで済むように、エンジンの回転に必要なエンジンに適合しています。これらの数秒間にスターターモーターが必要とする電流は、上記のピーク電流の約半分まで低下します。

— ポール・ソレイン
ソース

良い答えです、ポール。自動車のメンテナンスと修理へようこそ。これはいくつかの事柄として知られています：突入電流、起動電流、ロックされたローター電流...そしてそれがスターターからバッテリーにまっすぐに大きなワイヤーがある理由です。

— ベヴァン

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始動中、スターターモーターは非常に多くの電力を消費するため、電圧がいくらか低下します（バッテリーの内部抵抗が原因）。これにより、スターターの公称電力P = UIは、U = 12Vで計算した値よりも高い電流Iに対応します（たとえば、電圧が6Vに低下した場合、電流は同じになるために2倍になりますパワー）。また、電圧の損失と同じ電流に対応する電力がバッテリーで熱を生成することに注意してください...

— ハーゲン・フォン・アイツェン
ソース

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正常なバッテリーは、クランキング中に電圧定格の25％以下を失うはずです。バッテリーが6Vに低下しても、エンジンを始動するには不十分な場合があります。

— ドミトリーグリゴリエフ

また、スターターには公称電力に制限するものは何もありません。エンジンを（クラッチとブレーキを使用して）失速させてスターターをオンにすると、通常の場合ではなく、おそらく公称出力の2倍または3倍を供給しようとします。

— ドミトリーグリゴリエフ