Arduinoでステッピングモーターが指定角度回らない原因とは？512ステップで90度回転しない時の確認ポイント

Arduinoでステッピングモーターを制御していると、プログラム上では指定したステップ数を送っているのに、実際の回転角度が足りないという問題が起こることがあります。特に外部電源を使った場合だけ回転量が小さくなるケースでは、電源やドライバ周辺の問題が原因になっている可能性があります。

この記事では、ステッピングモーターが512ステップで期待した90度回転しない原因について、電源電圧、電流不足、配線、ドライバ設定、Arduino本体から給電した場合との違いなどを詳しく解説します。

ステッピングモーターはステップ数だけで回転角度が決まるわけではない

ステッピングモーターは、入力したパルス数に応じて一定角度ずつ回転するモーターです。そのため「512ステップ入力すれば必ず90度回転する」と考えがちですが、実際にはモーターの種類や駆動方式によって必要なステップ数は変化します。

例えば28BYJ-48のような小型ステッピングモーターでは、内部ギヤ比やハーフステップ駆動の設定によって1回転に必要なステップ数が変わります。プログラム側で設定したステップ数が、使用しているモーターの仕様と一致していなければ、回転角度はずれてしまいます。

まず確認すべきなのは、「512ステップ」という値が本当に使用しているモーターとドライバの条件に合っているかという点です。

Arduino本体に直接接続すると正常に動くのに、外部電源モジュールを使うと30度程度しか回らない場合、電源供給に問題がある可能性があります。

ステッピングモーターは回転時に比較的大きな電流を必要とします。Arduinoの5Vピンから供給できる電流では動作していても、外部電源モジュールやブレッドボード経由では十分な電流が流れないことがあります。

例えば、5Vの電圧が表示されていても、電源モジュールの最大電流が不足している場合、モーターは正常にトルクを発生できません。その結果、制御信号は送られているのにモーターが途中で脱調し、回転角度が小さくなります。

ブレッドボードは試作には便利ですが、大きな電流を流す用途には向いていません。接点部分の抵抗によって電圧降下が発生し、モーターへ届く電力が不足することがあります。

特にステッピングモーターのようにコイルへ電流を流して動作する部品では、配線抵抗の影響を受けやすくなります。

例えば電源モジュールの出力端子では5Vあっても、ブレッドボードを通過した先では4V以下になっている場合があります。この状態ではモーターの保持力や回転トルクが低下し、ステップ抜けが発生することがあります。

Arduino本体から電源を取った場合に動く理由として、配線経路や電源回路の違いが考えられます。

Arduinoの5VラインはUSB電源や基板上の電源回路を通して安定した電力を供給している場合があります。一方、安価な外部電源モジュールでは、実際の出力電流能力や電圧安定性が十分でないことがあります。

また、Arduino本体と外部電源を別々に使用する場合は、GND（マイナス側）の共通接続が必要です。GNDが共有されていないと、制御信号の基準電位がずれて正常に動作しない場合があります。

ステッピングモーターには「脱調」という現象があります。これは、制御側が指定したステップ移動に対して、モーターが物理的についていけなくなる状態です。

脱調すると、プログラム上では512ステップ動かしたことになっていても、実際には数十度しか回転していないということが起こります。

脱調の主な原因は、電流不足、電圧不足、負荷が大きい、急激な速度変化などです。今回のように外部電源使用時だけ回転量が減る場合は、電源不足による脱調が特に疑われます。

ステッピングモーターが正常に回転しない場合は、以下の順番で確認すると原因を特定しやすくなります。

特に28BYJ-48などの小型ステッピングモーターでは、電源の品質による影響が大きいため、十分な電流を供給できる5V電源を使用することが重要です。

Arduinoで512ステップ送っても90度回らない場合、単純なプログラムミスだけでなく、電源不足によるステップ抜けや配線による電圧低下が原因になっていることがあります。

特に「Arduino本体から給電すると動くが、外部電源＋ブレッドボードでは動かない」という症状では、外部電源の電流不足やブレッドボードによる電圧降下を疑うべきです。

ステッピングモーターは正確な位置制御ができる部品ですが、その性能を発揮するには、モーター仕様に合ったステップ設定と安定した電源供給が重要になります。