Electro-Permanent Magnet

• Aussi appelé: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
• Catégorie: Actuation & drivetrain › Motors
• Mots-clés: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics

Ensemble magnétique que l'on peut activer ou désactiver par une brève impulsion de courant et qui conserve ensuite son état sans alimentation, utilisé dans les pinces, les verrous et les connecteurs de robots modulaires.

Définition

Aimants électropermanents (electro-permanent magnets, EPM) : dispositifs magnétiques que l'on peut faire passer de l'état de maintien à l'état de relâchement par une brève impulsion électrique, et qui restent ensuite dans cet état sans alimentation continue. Ils associent la commodité d'un électroaimant, que l'on peut activer et désactiver, au maintien sans consommation d'un aimant permanent.

Un EPM typique associe deux types de matériau à aimant permanent à l'intérieur d'une bobine. L'un est un aimant dur, comme le néodyme-fer-bore (NdFeB), dont l'aimantation reste fixe. L'autre est un aimant semi-dur, comme l'alnico, dont l'aimantation peut être inversée par un champ suffisamment fort. Une impulsion de courant dans la bobine inverse l'aimant semi-dur. Lorsque les deux aimants sont orientés dans le même sens, leur flux combiné sort par les pièces polaires vers une surface ferromagnétique ou un aimant complémentaire, et le dispositif tient. Lorsqu'ils sont orientés en sens opposés, le flux circule à l'intérieur du dispositif et peu en sort, si bien qu'il relâche.

Comme l'énergie n'est consommée que pendant la commutation, les EPM conviennent aux robots alimentés par batterie et aux petits robots. Ils ont été utilisés dans des robots modulaires et auto-reconfigurables comme connecteurs qui verrouillent les modules entre eux, dans des pinces et des mécanismes de perchage pour drones, et dans de petits robots qui se fixent sur des surfaces en acier. De grands aimants de levage électropermanents servent aussi dans l'industrie pour déplacer des tôles d'acier.

Les EPM ont des contraintes pratiques. La commutation exige une impulsion de courant élevée pendant un temps court, de sorte que l'électronique de commande comprend généralement un pont en H et un condensateur ou une autre source d'impulsions. La force de maintien chute fortement avec le moindre entrefer et dépend du matériau, de l'épaisseur et de l'état de surface de la cible, et le dispositif ne saisit que des matériaux ferromagnétiques ou un autre aimant.

Pourquoi c'est important

Tenir un objet sans consommer d'énergie est précieux pour les robots petits, alimentés par batterie et modulaires. Les aimants électropermanents offrent une fixation commutable sans la consommation d'énergie permanente ni la chaleur d'un électroaimant.

Applications principales

• Connecteurs dans les robots modulaires et auto-reconfigurables
• Pinces et mécanismes de perchage pour drones et petits robots
• Robots qui se fixent sur des structures en acier et s'y déplacent
• Levage industriel de tôles et de pièces en acier

En pratique

Une équipe qui conçoit un robot modulaire ou une plateforme en essaim peut utiliser des EPM comme connecteurs entre les unités. Elle choisit les matériaux magnétiques et les enroulements de bobine pour la force de maintien requise, conçoit un pilote d'impulsions qui délivre brièvement le courant de commutation depuis la batterie du robot via un condensateur, et teste la force de maintien pour différents entrefers et états de surface. Le micrologiciel (firmware) de commande envoie une impulsion dans un sens pour verrouiller et dans le sens opposé pour relâcher, et les aimants ne consomment aucun courant entre les deux.

Idées reçues

• Un EPM a besoin d'énergie pour continuer à tenir — il ne consomme du courant que pendant la commutation, puis tient grâce aux seuls aimants
• Les EPM fonctionnent sur n'importe quel matériau — ils ne tiennent que sur des surfaces ferromagnétiques ou un aimant complémentaire
• La force de maintien nominale s'applique dans toutes les conditions — la force chute fortement avec un entrefer, de la peinture, des surfaces rugueuses ou un matériau mince

Qui devrait le savoir

• Ingénieurs matériel qui conçoivent des pinces et des mécanismes de verrouillage
• Chercheurs en robotique modulaire et en robotique en essaim
• Ingénieurs drones travaillant sur le perchage et le largage de charge utile

Technologies associées

• Électroaimant (Electromagnet)
• Aimant néodyme (Neodymium Magnet)
• Pince magnétique (Magnetic Gripper)
• Pilote de pont en H (H-Bridge Driver)
• Robotique modulaire (Modular Robotics)

Termes associés

• End Effector
• EOAT
• Gripper
• Swarm Robotics

Projets associés

• Aerostack2: ROS 2 framework for autonomous multi-drone systems and swarm robotics