ドローン配線ガイド：ワイヤーサイズ、タイプ、ベストプラクティスを理解する

ドローンを何十機も製作してきた経験から、適切な配線はドローン製作において最も過小評価されている側面の1つだと学びました。このガイドでは、FPVドローンの製作に適した配線、コネクタ、配線技術の選択に関する実用的なアドバイスに私の経験を凝縮しています。

ドローン配線の概要

適切な配線が重要な理由はいくつかあります:

• 電流容量: 過熱することなく必要な電流を安全に流せるように配線を確保する
• 重量最適化: 安全性を維持しつつ不要な重量を最小限に抑える
• 干渉の低減: 適切なレイアウトとシールドにより、敏感なシステムのノイズを低減する
• 信頼性: 振動、衝撃、環境要因による故障を防ぐ
• メンテナンス性: トラブルシューティングや修理を容易にする

配線の選択を誤ると、電圧サグ、過熱、信号干渉、最悪の場合は部品の損傷や火災の原因となる電気的ショートにつながる可能性があります。

ワイヤーサイズと電流定格

AWG (American Wire Gauge) の説明

ワイヤーサイズは通常、AWG (American Wire Gauge) システムを使用して指定されます。数値が小さいほど太いワイヤーを示します。ドローンでは、8 AWG (非常に太い) から 30 AWG (非常に細い) までの一般的なサイズが使用されます。

ワイヤーサイズ別の電流容量

注意: 電流定格は概算であり、ワイヤー長、絶縁タイプ、空気の流れ、周囲温度によって異なります。ワイヤーが空気にさらされるドローンでは、短時間であれば若干高い電流でも許容できる場合があります。

多くのビルダーは慎重になりすぎて電源ワイヤーを大きくしすぎる傾向があり、不必要な重量が追加されていると私は感じています。私の5インチフリースタイル機では通常以下を使用しています:

• バッテリーリードに12 AWG (大容量バッテリーを使用するロングレンジ機では10 AWG)
• モーターワイヤーに16 AWG (超高出力セットアップの場合のみ14 AWG)
• VTXとカメラ電源に20-22 AWG
• 信号接続に26-30 AWG

ワイヤータイプと絶縁

シリコンとPVCの絶縁比較

FPVドローンでは、柔軟性、耐熱性、高振動環境での耐久性から、シリコン絶縁ワイヤーが強く推奨されます。 余分なコストは、信頼性の向上と軽量化のメリットで正当化されます。

より線とソリッドコアの比較

ドローンではソリッドコアではなく、ほぼ全面的により線を使用すべきです:

• より線は繰り返し曲げても断線しない
• 優れた耐振動性
• 狭い場所での設置に適した柔軟性
• 複数の線に電流を分散

重量が絶対的に重要な非常に小型の機体が唯一の例外かもしれませんが、それでも信頼性とのトレードオフはソリッドコアワイヤーを使用する正当な理由にはなりません。

電源分配配線

メインバッテリーリード

バッテリーと電源分配システムの接続は重要です:

• 最大電流に基づいて適切なゲージのワイヤーを使用する (5インチクワッドでは通常10-12 AWG)
• バッテリーの取り付けを考慮しつつ、できるだけ短くする
• 柔軟性のある高品質のシリコンワイヤーを多数の細いより線で使用する
• 明確な色分け (プラスが赤、マイナスが黒) で極性を確認する
• 最大電流に対応した高品質のコネクタ (XT60/XT30) を使用する

ESCとモーターの配線

ESCとモーターの接続:

• モーターに付属のワイヤーゲージと同等以上を使用する
• 一般的なサイズ: 5インチフリースタイルに16 AWG、高出力セットアップに14 AWG
• EMIを低減するため、モーターワイヤーはできるだけ短くする
• 長いモーターリード線にはシールドワイヤーの使用を検討する (一般的な機体では稀)
• 電磁干渉を低減するためモーターワイヤーをよじる

電源分配方式

最新のドローンには、いくつかの電源分配方式があります:

1. 従来のPDB（パワーディストリビューションボード）
   • 分厚い銅箔のトレースを備えた独立したボード
   • 多くの場合、フィルタリングコンデンサと電圧レギュレータが含まれる
   • 最新のビルドでは使用頻度が低下している
2. PDB一体型の4-in-1 ESC
   • 最新のビルドで最も一般的
   • 配線を大幅に簡素化
   • 通常、VTX、カメラなどのフィルタリングされた出力が含まれる
3. フライトコントローラーへの直接はんだ付け
   • 一部のAIO（オールインワン）フライトコントローラーにはESCが内蔵されている
   • 配線が最もシンプルだが、電流処理能力に限界がある
   • マイクロビルドや軽量セットアップに最適
4. ワイヤーハーネスとコネクタ
   • 適切なコネクタが付いた既製のワイヤーセット
   • 便利だが、重量が増え、故障の可能性のある箇所が増える
   • 頻繁に分解が必要なビルドに便利

信号配線

UARTと信号線の考慮事項

信号線は電力ではなく低電流のデータを伝送します。

• 通常、26〜30 AWGのシリコンワイヤー
• 可能な限り、信号線を電源線やESCから離してください
• 差動信号（ELRSレシーバーなど）にはツイストペアを使用してください
• 敏感なアプリケーションや長距離伝送には、シールド線の使用を検討してください
• 色分けはトラブルシューティングに役立ちます（例：信号用に白、グランド用に黒）

一般的な信号接続

配線のベストプラクティス

はんだ付け技術

適切なはんだ付けは、信頼性の高い接続に不可欠です。

1. 準備
   • 結合する前に、ワイヤーとパッドを別々にスズメッキしてください
   • 適切な温度を使用してください（鉛はんだの場合、通常350〜380°C）
   • ロジンコアを含む高品質のはんだを使用してください（作業が最も簡単な63/37または60/40の鉛/スズ）
   • はんだ付け前にイソプロピルアルコールでパッドを清掃してください
2. 実行
   • はんだではなくパッドを加熱してください
   • はんだごてとパッドの接合部にはんだを塗布してください
   • ワイヤーとパッドの両方を完全に濡らす小さなフィレットを作成してください
   • コールドはんだ接合（鈍い、粒状の外観）は避けてください
   • 過剰なはんだ（ショートの可能性）は避けてください
3. 仕上げ
   • 適切な流れと濡れを検査してください
   • イソプロピルアルコールでフラックス残留物を清掃してください
   • 意図しないブリッジやショートがないか確認してください
   • 環境保護のためにコンフォーマルコーティングを検討してください

ワイヤー管理

適切なワイヤーの配線と管理により、信頼性とメンテナンス性が向上します。

1. 配線の考慮事項
   • プロペラや可動部品からワイヤーを離してください
   • 信号線は電源線やESCから離して配線してください
   • 接続部分にひずみ緩和を設けてください
   • コンポーネントへのアクセスと交換を可能にしてください
   • クラッシュ時の力を考慮し、脆弱な接続部を保護してください
2. 固定方法
   • 結束バンド（適切な最小サイズ）
   • ソフトシリコンワイヤータイ（再利用可能で優しい）
   • ワイヤー束用のケーブルスリーブ
   • ワイヤーをフレームに固定するための両面発泡テープ
   • ひずみ緩和と保護のための熱収縮チューブ
3. 長さ管理
   • 小さなサービスループを設けて、適切な長さにワイヤーをカットしてください
   • 重量を増やす過剰なワイヤー長は避けてください
   • 必要な余分な長さは巻いて固定してください
   • ワイヤーをトリミングする際は、将来のメンテナンスを考慮してください

ワイヤー管理に余分な時間を費やすことは、信頼性とメンテナンスの容易さに役立ちます。きれいなビルドは通常、より信頼性が高く、トラブルシューティングが容易です。

コネクタと終端処理

一般的なコネクタタイプ

コネクタを使用する場合と直接はんだ付けする場合

コネクタは利便性を高めますが、重量と故障の可能性のある箇所も増えます。

コネクタを使用する場合：

• 頻繁に取り外しが必要なコンポーネント（VTX、カメラなど）
• コンポーネントを交換するモジュラービルド
• サービスや交換が必要になる可能性のある接続
• バッテリー接続（ほぼ常に）

直接はんだ付けする場合：

• 信頼性が最も重要な重要な電源接続
• 重量が重要なアプリケーション
• コネクタが抵抗を増す可能性のある大電流経路
• 切断の必要のない永久的な設置

私のビルドでは、通常以下のようにコネクタを使用します：

• バッテリー接続（XT60/XT30）
  • ESC電源接続
  • モーター接続
  • 取り外さないオンボードアクセサリー
• 極端な重量感度のため、最小限の配線が必要
• 電源には20〜24 AWG、信号には26〜30 AWGを使用することが多い
• 複数の信号にはリボンケーブルを検討
• バッテリー用のBT2.0またはそれに類するコンパクトなコネクタ
• 可能な限りダイレクトハンダ付けが好ましい
• ESCを統合したAIOフライトコントローラーが配線を簡素化
• 重量と電流処理のバランス
• バッテリーリードは12 AWG、モーターワイヤーは16 AWGが一般的
• PDBを統合した4-in-1 ESCが最も一般的
• クラッシュによる配線の損傷を防ぐ
• 振動によるワイヤーへのストレスを軽減するため、コンポーネントのソフトマウントを検討
• クラッシュ時のプロペラストライクを防ぐため、配線を固定
• 大容量バッテリーには、より太いゲージのワイヤー（10 AWG以上）が必要
• アクセサリー（GPS、テレメトリーなど）の増加により、配線が複雑化
• 干渉を最小限に抑えるための注意深い信号線の配線
• 重要なシステムには冗長電力経路を検討
• 敏感なナビゲーション機器用のシールドワイヤー
• 長期の屋外暴露に対する防水対策
• 振動絶縁のためのクリーンなワイヤー管理が重要
• 推進系とカメラ機器の電源系統を分離
• ビデオ信号用のシールドワイヤー
• フィールドメンテナンス用のクイックディスコネクトシステムを検討
• 電源系とビデオ系の間のノイズ絶縁
• 重要なシステムの冗長性
• 高スロットル時のパフォーマンス低下
• パンチアウト時のVTXまたはビデオの問題
• アグレッシブな操作中のブラウンアウトまたは再起動
• 電源ワイヤーのサイズ不足
• 抵抗を増やす不良はんだ接合部
• 低品質のコネクタ
• PDBのコンデンサ容量不足
• より太いゲージのワイヤーにアップグレード
• はんだ接続を改善
• コンデンサを追加またはアップグレード
• バッテリーリードを短くする
• ビデオの静止画や水平線
• 制御リンクのグリッチ
• GPS位置のジャンプや不正確さ
• センサーのエラーや不安定性
• 信号線が電源線やESCに近すぎる
• 敏感な領域でのシールドなしワイヤー
• グラウンドループ
• フィルタリング不足
• ノイズ源から離れるように信号線を再配線
• 問題のあるワイヤーにフェライトリングを追加
• 敏感な信号にはシールドワイヤーを使用
• 適切な接地技術を確保
• フィルタリングコンデンサを追加
• 間欠的な接続
• クラッシュ後の故障
• 時間の経過とともに徐々に劣化
• ひずみ緩和の不足
• 振動疲労
• プロペラストライクやクラッシュによる損傷
• 環境暴露（湿気、熱）
• 配線の経路と保護を改善
• 接続点にひずみ緩和を追加
• ワイヤーの動きを防ぐためにフレームに固定
• 適切なワイヤータイプ（シリコン、より線）を使用
• 環境保護のためにコンフォーマルコーティングを適用
1. 高品質のワイヤーとコネクタに投資する - わずかな追加コストは信頼性に値する。
2. カラーコーディングは非常に貴重 - 個人的な基準を確立し、ビルド全体で守る。
3. 配線を文書化する - 複雑なビルドを閉じる前に写真を撮るか図を作成する。
4. サービスループを残す - 接続部分に少し余分なワイヤーを残すと、将来の修理がはるかに容易になる。
5. 最終化する前にテストする - ワイヤーを永久的に結束してから、すべての接続を確認する。
6. 予備のワイヤーとコネクタを携帯する - 適切な材料を手元に置いておくと、フィールド修理がはるかに容易になる。
7. 電圧だけでなく電流も考慮する - 多くのビルダーは電圧定格に注目するが、電流要件を過小評価している。
8. ヒートシュリンクはあなたの味方 - ひずみ緩和、絶縁、整理のために自由に使用する。
9. はんだ接合部をずらす - 複数のワイヤーが並行して走る場合、接合部をずらして膨らみや潜在的なショートを防ぐ。
10. 振動について考える - ドローンは大きく振動する。疲労故障を防ぐためにワイヤーを固定する。
1. 可能であれば、ビデオ信号にシールドワイヤーを使用する
2. ビデオワイヤーをESCや電源ワイヤーから離す
3. VTX電源をPDB/FCのフィルタリングされたパッドに直接接続する
4. VTX電源入力の近くに小さなフィルタリングコンデンサ（47〜220μF）を追加する
5. 良好できれいなグラウンド接続を確保する
1. 可能な場合は、フレームの中心を通してワイヤーを配線します
2. 壊れるよりも曲がることができる柔らかいシリコンワイヤーを使用します
3. ヒートシュリンクを使用して接続点にひずみ緩和を追加します
4. ジップタイまたはソフトマウントを使用してワイヤーをフレームに固定します
5. ワイヤーをきつく引っ張るのではなく、小さなサービスループを残します
6. 露出したワイヤーには保護スリーブの使用を検討してください
• バッテリー充電コネクタの概要
• RFコネクタタイプの概要
• ドローンESC：原理と動作
• ドローンフライトコントローラー：原理と動作
• ドローンバッテリーの種類と化学の概要
• ワイヤーゲージ計算機 - 電流と長さに基づいて適切なワイヤーサイズを計算します
• Joshua Bardwellによるはんだ付けチュートリアル - 適切なはんだ付け技術の優れたガイド
• American Wire Gauge（AWG）規格 - さまざまなワイヤーゲージの詳細な仕様

カメラとVTX（JSTまたは

異なるビルドタイプに対する特別な考慮事項

マイクロビルド（3インチ未満）

フリースタイル/レーシング（5インチ）

ロングレンジ（7インチ以上）

シネマティックビルド

一般的な配線の問題のトラブルシューティング

電圧サグ

症状:考えられる原因:解決策:

干渉とノイズ

症状:考えられる原因:解決策:

物理的故障

症状:考えられる原因:解決策:

経験からのプロのヒント

数十機のドローンを製作した後、ここに私が苦労して得た洞察を示します:

FAQ: 配線に関するよくある質問

5インチのフリースタイルクワッドのバッテリーリードに使用できる最小のワイヤーサイズは何ですか？

最大電流が80〜100Aの一般的な5インチフリースタイルクワッドの場合、12 AWGシリコンワイヤーで通常十分です。電圧サグをさらに減らすために10 AWGを使用することもできますが、重量ペナルティはそれに見合わないかもしれません。標準的な5インチビルドのメインバッテリー接続には、12 AWGより細いものはお勧めしません。

モーターワイヤーをねじる必要がありますか？

モーターワイヤーをねじることで、電流の流れによって生成される磁場の一部を打ち消し合うことで、電磁干渉（EMI）を減らすのに役立ちます。絶対に必要というわけではありませんが、特にビデオや制御信号で干渉の問題が発生している場合は、良い習慣です。私は標準的な練習として、すべてのモーターワイヤーをねじります。

コンデンサを使用すべきですか？どこに接続すべきですか？

はい、低ESRコンデンサ（通常、6Sビルドの場合は470〜1000μF、35V以上）を使用して、電圧スパイクやノイズを減らすことを強くお勧めします。PDBまたは4-in-1 ESCの電源入力にできるだけ近い位置に、短く太いリードで接続します。極性が正しいことを確認してください！これは、電子機器を保護し、ビデオ品質を向上させるのに役立ちます。

ビデオのノイズを最小限に抑えるためにVTXを接続する最良の方法は何ですか？

最もクリーンなビデオのために:

クラッシュでワイヤーが損傷するのを防ぐにはどうすればよいですか？

クラッシュでの配線を保護するには:

結論

適切な配線は、信頼性が高く高性能のドローンの基盤です。最新のコンポーネントや機能に注目するのは魅力的ですが、配線の基本を無視すると、最も高価なビルドでさえ台無しになる可能性があります。適切なワイヤーサイズを選択し、適切なコネクタを使用し、ワイヤーの配線と固定のベストプラクティスに従うことで、パフォーマンスが向上し、長持ちし、フィールドでの頭痛の種が少なくなるビルドを作成できます。配線は、電流容量、重量、柔軟性、および耐久性のバランスであることを忘れないでください。あるタイプのビルドに適していることが、別のビルドに最適であるとは限りません。配線の決定を行う際は、特定の要件、フライングスタイル、および優先順位を考慮してください。

参考文献とさらなる読み物

内部参考資料

外部リソース