ドローンのEMIシールド：導電性フォームの応用

ドローンのEMIシールド：飛行制御、映像伝送、ジンバルにおける導電性フォームの応用

軽量ドローン設計への需要は、当然ながら電磁両立性（EMC）要件と相反する。モーターや電子速度制御装置（ESC）は強い電磁干渉（EMI）を発生させ、フライトコントローラー、GPSモジュール、映像伝送システム、ジンバルカメラなどの高感度システムに影響を与える可能性がある。

この記事では、導電性フォームが飛行制御基板の接地、映像伝送シールド、GPS/コンパスの保護、ジンバルカメラの接地という4つの重要な分野でどのように使用されているかを検証し、ドローン用途に適した軽量EMIシールド材の選び方を解説します。

ドローンは、一般消費者向けの航空写真撮影ツールから、農業用散布、送電線点検、物流、緊急対応、測量、地図作成などの産業用プラットフォームへと急速に進化している。それぞれの用途において、信頼性、信号の完全性、電磁波耐性に対する要求はますます高まっている。

自動車や通信機器とは異なり、ドローンは独自の設計上の制約に直面します。それは、あらゆるグラムが重要になるということです。遮蔽材を追加すると、飛行時間や積載量が減少する可能性があります。したがって、ドローンのEMI遮蔽には、最小限の重量と圧縮力で効果的な電気的接触と遮蔽性能を発揮する材料が求められます。

Konlida社は、ドローンや航空機器に関する豊富な実務経験を有しています。同社のAIR LOOP導電性フォームと全方向性導電性フォームは、軽量用途および低圧縮力向けに設計されています。これらの材料は、複数のドローンプロジェクトで使用されており、顧客の実際の機械構造と重量目標に基づいたソリューションが開発されています。

導電性フォームの基本的な紹介については、次のガイドをご覧ください。 EMIフォームとは？EMIフォーム完全ガイド。

この記事では、特にドローン用途に焦点を当て、グラム単位、ミリメートル単位、接触点のすべてが重要となる分野において、導電性フォームがどのようにEMI（電磁干渉）の課題を解決できるかを説明します。

1. ドローン設計における主要なEMC課題

ドローンは小型だが、内部の電磁環境は複雑である。

課題1：モーターとESCは主要なEMI発生源である

ほとんどのドローンは、推進力と姿勢制御のために複数のブラシレスモーターを使用しています。動作中、ESCはPWM制御を用いて電流を高速に切り替え、その切り替え周波数は通常数十キロヘルツです。

その結果生じる高調波は数十メガヘルツ、あるいはそれ以上の周波数帯にまで及ぶ可能性があり、モーターとESCシステムは主要な内部EMI発生源の一つとなる。

課題2：GPSとコンパスシステムは非常に感度が高い

GPS受信機は極めて微弱な衛星信号を利用して動作する一方、コンパスや磁力計は地球の磁場のわずかな変化を測定する。

モーター、ESC、電源線、その他の電子機器からの干渉はこれらの信号に影響を与え、以下のような結果をもたらす可能性があります。

• 位置決めエラー
• 方位のずれ
• 航行不安定性
• 帰還精度の低下
• 飛行制御システムの潜在的な故障

したがって、効果的な接地、物理的な分離、フィルタリング、およびシールドは、まとめて考慮する必要がある。

課題3：映像伝送は高周波ノイズに敏感である

ドローンの映像伝送システムは、一般的に2.4GHzまたは5.8GHzの周波数帯で動作します。これらの周波数帯での干渉は、映像のフリーズ、ノイズ、遅延、または信号の中断を引き起こす可能性があります。

シールド設計は、外部からの干渉がモジュールに侵入するのを防ぐと同時に、モジュール自体からの高周波放射も制限する必要がある。

課題4：設置スペースが極めて限られている

ドローンの電子機器は小さな筐体に詰め込まれている。飛行制御基板、ESC（電子速度制御装置）、映像伝送モジュール、GPSユニット、バッテリー、センサー類はすべて、互いに数センチメートル以内の距離に配置されている場合がある。

そのため、従来型の遮蔽構造を設置する余地はほとんど残されていない。

課題5：減量は極めて重要である

軽量な民生用ドローンでは、シールドの重量がわずかに増加するだけでも、飛行時間や積載量に影響が出る可能性があります。産業用ドローンは重量許容範囲が広いかもしれませんが、積載量対重量比の向上と航続時間の延長は依然として重要な設計目標です。

このため、軽量のEMIシールドフォームはドローン用途において特に魅力的な素材となっている。

Konlidaのアプローチ：軽量のAIR LOOP導電性フォーム

AIR LOOP導電性フォームは、中空構造を採用することで、電気的接触を維持しながら材料重量を削減しています。従来のFOF導電性フォームと比較して、適切な設計では重量を50%以上削減できます。また、圧縮力が低いため、軽量筐体やプリント基板への機械的ストレスを最小限に抑えることができます。

詳細については、当社の記事をご覧ください。エアループガスケット：軽量EMIシールド設計ガイド。

2．ドローンにおける導電性フォームの4つの主要な用途

アプリケーション1：フライトコントロール基板の接地

フライトコントローラーは、基本的にドローンの中央制御システムです。姿勢計算、モーター制御、航法、センサーデータの統合などを担います。

IMU、気圧計、磁力計などの部品は、電磁干渉の影響を受けやすい。

導電性フォームの典型的な用途

SMT用導電性フォームを使用する理由とは？

飛行制御基板は、プリント基板上のスペースが極めて限られています。SMT導電性フォームは、自動的に配置され、小型サイズで製造することができ、一部の設計では約1.2mm×1.2mmから開始できます。

弾性コアは飛行中に発生する機械的振動にも対応でき、安定した電気的接触を維持するのに役立ちます。

詳細については、当社の記事をご覧ください。 SMT EMIシールドガスケットとは何ですか？ 。

ドローン特有の地上設置に関する問題

多くの民生用ドローンは、金属製の筐体ではなく、プラスチック製またはカーボンファイバー製の筐体を使用している。これらの素材は、従来の導電性接地基準として自動的に機能するわけではない。

このような設計では、導電性フォームは、シールドまたはモジュールハウジングを、プリント基板上の専用の接地パッドまたは銅領域に接続する場合があります。その場合、接地経路は全体の電気設計に統合する必要があります。

適切な接地方法は、筐体材料、PCBレイアウト、シールド構造、およびシステム接地アーキテクチャによって異なります。

用途2：映像伝送モジュールのシールド

映像伝送システムは、ドローンに搭載されたカメラと地上局との間の通信リンクとして機能する。

これらのシステムは一般的に2.4GHzまたは5.8GHzで動作するため、伝導干渉と放射干渉の両方を制御する必要がある。

導電性フォームの典型的な用途

ビデオモジュールに独立したシールドが必要なのはなぜですか？

このモジュールは、2つの機能を同時に実行する必要があります。

1. 外部からの電磁干渉がRFシステムに侵入するのを防ぐ。
2. 自身の高周波放射が近隣の電子機器に伝わるのを防ぐ。

導電性の金属製筐体と適切に設計されたEMIシールドフォームガスケットを組み合わせることで、筐体の接合部周辺で連続的な電気的接触を確保できます。

しかし、シールド効果はガスケット単体ではなく、システム全体によって決まります。筐体の継ぎ目、接地点、開口部、ケーブル配線、RFレイアウトなど、すべてを考慮する必要があります。

高頻度検査は重要である

ドローンによる映像伝送は5.8GHzで動作可能であり、システムによってはさらに高い周波数でも動作する。

Konlida社のEMC試験室は、シールド効果試験を40GHzまで拡張できるため、エンジニアは高周波無線およびレーダー用途に関連する周波数におけるシールド性能を評価することができます。

これは、標準的なサプライヤーデータが低周波数帯域しかカバーしていない場合に特に役立ちます。

3. GPSとコンパスの遮蔽：航行精度の保護

GPSモジュールと磁力計は、ドローンの中で最も干渉を受けやすい部品の一つである。

GPS受信機は極めて微弱な信号を処理する一方、磁力計はわずかな磁場変動を測定します。そのため、モーター、ESC、パワーエレクトロニクス、および近隣の導体によって発生する干渉は、不釣り合いな影響を与える可能性があります。

導電性フォームの典型的な用途

これは実際にはどういう意味を持つのでしょうか？

位置や方位の不安定性には、センサーの校正、アンテナの設計、機械的振動、磁気干渉、ソフトウェアアルゴリズムなど、多くの原因が考えられます。

導電性フォームは、すべての航行上の問題を解決できるわけではありません。しかし、EMI結合が原因の一つとして特定された場合、高感度モジュール周辺を適切に接地およびシールドすることで、信号の完全性とシステムの安定性を向上させることができます。

産業用ドローン設計

産業用ドローンでは、GPSモジュールとコンパスモジュールを高電流モーターから離れた場所に配置することが多い。例えば、専用のマスト、アーム、または高所に設置されたブラケットなどに取り付ける。

物理的に分離されていても、シールドが必要な箇所では、モジュール自体の取り付けおよび接地構造が電気的完全性を維持する必要があります。

4. ジンバルカメラモジュール：動きを制限せずに遮蔽する

ジンバルカメラは、航空写真撮影における重要なペイロードです。3軸モーターがカメラの向きを連続的に調整するため、電磁干渉、振動、機械的な動作制約が複合的に発生します。

したがって、遮蔽材は、過度の圧力を加えたり、ジンバルの動きを妨げたりすることなく、確実な電気的接触を提供する必要がある。

導電性フォームの典型的な用途

全方向性導電性フォームを使用する理由とは？

ジンバルカメラアセンブリは、非常に狭いクリアランスで構成されていることが多い。連続動作中、ガスケットの過剰な圧縮は、機械的抵抗を増加させたり、可動構造に干渉したりする可能性がある。

薄型の全方向性導電性フォームは、非常に小さな圧縮下でも電気的連続性を維持できるため、小型で可動するアセンブリに適しています。

詳細な比較については、以下を参照してください。全方向性導電性フォームガスケットと標準導電性フォームガスケットの比較。

複雑な構造物向けのカスタム形状

カメラやジンバルアセンブリは、単純な長方形の形状であることはほとんどありません。不規則なインターフェース、取り付けブラケット、筐体構造に合わせて、カスタム形状や型抜き形状を開発することができます。

光学ペイロードにおいては、清浄度も重要です。コンリダ社は、粒子や異物のリスクを抑制するため、クラス1000のクリーンルーム環境で導電性フォーム製品を製造しています。

5. ドローン用EMIシールドフォームの特別な要件

ドローンの用途は、自動車や従来の通信機器とはいくつかの重要な点で異なっている。

正確な仕様は、筐体の形状、圧縮比、接触抵抗、動作温度、振動環境、および必要な遮蔽効果に応じて選択する必要があります。

6. ドローン用導電性フォームのクイックセレクションガイド

応用	おすすめ商品	主要要件
フライトコントロール基板の接地	小型SMT導電性フォーム	設置面積が小さく、耐振動性に優れている。
IMUシールド	小型全方向発泡体	低圧、局所遮蔽
映像伝送モジュール	D/P形状FOFフォーム	信頼性の高い導電性シール
GPSシールド	リング状または小型のFOFフォーム	EMI結合を低減
コンパス保護	全方向性導電性フォーム	安定した接地と局所的な保護
ジンバルカメラの接地	薄型全方向性フォーム	低圧、最小限の動きの干渉
柔軟なケーブルシールド	導電性ファブリック	薄くて柔軟な構造
バッテリーコンパートメントのアース	FOF導電性フォーム	軽量筐体の接地

7. ドローンのEMIシールドにKonlidaを選ぶ理由とは？

1. 軽量設計における実績

AIR LOOP導電性フォームは、中空構造を採用することで材料重量を大幅に削減しています。適切な用途においては、従来のFOFフォームに比べて50%以上軽量化することが可能です。

そのため、ドローンやその他の軽量電子機器に特に適しています。

AIR LOOP製品ファミリーは量産検証も完了しており、生産規模での安定した性能を保証しています。

2. 映像伝送用途における高周波試験

5.8GHz以上の周波数で動作する映像伝送システムでは、低周波シールドデータだけでは不十分な場合がある。

Konlida社のEMC試験室は、最大40GHzまでのシールド効果を試験することができ、高周波設計向けの用途別データを提供します。

3. 小型製造能力

ドローン用プリント基板には、極めて小型の導電性接点が必要です。Konlida社は、適切な構造であれば、約1.5mm×1mmという極小サイズの導電性発泡体部品を、±0.15mmという厳しい公差で製造できます。

同社が独自開発した第4世代自動包装・成形装置は、小型部品の寸法精度を一定に保つことを可能にする。

4. 迅速なプロトタイピングとカスタマイズ

ドローン製品は、開発期間が短く、構造変更が頻繁に行われることが多い。

Konlidaは迅速なプロトタイピングを提供しており、適切なプロジェクトであれば最短4時間でサンプルをご用意できます。また、エンジニアは設計段階から参加し、材料、形状、圧縮、接地構造の最適化を行うことも可能です。

5. クリーンルーム生産

カメラやLiDARシステムなどの光学ペイロードには、より厳格な清浄度要件が課せられる。

Konlida社は、粒子や異物のリスクを低減するため、クラス1000のクリーンルーム環境で導電性フォーム製品を製造しています。

8. ドローンのEMIシールドに関するよくある質問

Q1：ドローンの筐体がプラスチック製またはカーボンファイバー製の場合、導電性フォームをどのように接地すればよいですか？

筐体が非導電性である場合、それを主要な接地基準として扱うべきではありません。

その代わりに、導電性フォームを用いてシールドまたはモジュールハウジングを専用のPCB接地パッドまたは銅製接地領域に接続することができる。その後、接地構造は適切な電気経路を介してシステム接地に接続される必要がある。

具体的な設計は、筐体の材質とプリント基板の構造によって異なります。

Q2：ドローンは導電性フォームの重量にどの程度敏感ですか？

非常に敏感です。

軽量ドローンにとって、わずか数グラムの重量増でも飛行時間や積載量に影響を与える可能性があります。そのため、AIR LOOPのような中空導電性フォーム構造は、形状が許せば、設計上の大きな利点をもたらすことができます。

Q3：導電性フォームは5.8GHz帯でEMIシールド効果を発揮できますか？

5.8GHz帯での遮蔽効果に貢献する可能性はあるものの、一般的な低周波仕様から性能を推測すべきではない。

実際の性能は、導電性のある布地やコーティング、接触抵抗、筐体設計、圧縮、接地、継ぎ目、および設置品質によって異なります。

高周波用途においては、目標周波数での試験が材料の妥当性を検証する上でより信頼性の高い方法である。

Q4：導電性フォームはモーターの干渉を解消できますか？

いいえ。導電性フォームは、EMI制御戦略の一部にすぎません。

モーターやESCの干渉は、伝導経路と放射経路の両方を通じて伝播する可能性があります。導電性フォームは、接地、筐体のシールド、局所的な絶縁に役立ちますが、PCBレイアウト、フィルタリング、ケーブル配線、接地構造、部品配置は、回路レベルおよびシステムレベルで対処する必要があります。

Q5：コンリダはドローンアプリケーションに関する経験がありますか？

Konlida社のAIR LOOP導電性フォームおよび全方向性導電性フォームは、飛行制御用プリント基板の接地、映像伝送モジュールのシールド、ジンバルカメラの接地など、民生用および産業用ドローンプロジェクトに幅広く採用されています。

コンリダについて

蘇州コンリダ精密電子有限公司は2006年に設立され、 EMIシールド材および熱管理材の開発と製造を専門としています。

製造能力

• 45,000平方メートルの生産施設
• 導電性フォーム製造ライン30本
• ロータリーダイカットマシン12台
• 1日あたりの生産能力は最大200万個
• 第4世代自動包装成形装置
• IATF 16949、ISO 13485、およびISO 9001認証
• クラス1000クリーンルームでの生産

技術的能力

• EMIシールド材に関する20年近い経験
• 最大40GHzまでのEMC試験能力
• 自社開発の極薄導電性ファブリック（厚さ0.016mm）
• 銀メッキされた全方向性導電性フォーム
• 迅速なプロトタイピング能力を備え、適切なプロジェクトであれば最短4時間でサンプルを提供可能。
• 民生用電子機器および車載用電子機器における大規模生産経験

ドローンや航空システム用途向けに、Konlida社のAIR LOOP導電性フォームと全方向性導電性フォームは、軽量構造、低圧縮力、カスタマイズ可能な形状を組み合わせることで、飛行制御システム、映像伝送、ナビゲーションモジュール、ジンバルカメラといった機器特有のEMI（電磁干渉）問題に対応します。

目標は単に遮蔽材を増やすことではない。最小限の重量、スペース、および機械的負荷で、適切な遮蔽性能を達成することである。