Electro-Permanent Magnet

• Detto anche: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
• Categoria: Actuation & drivetrain › Motors
• Tag: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics

Un gruppo magnetico che può essere attivato o disattivato con un breve impulso di corrente e poi mantiene il suo stato senza alimentazione, usato in pinze, chiusure a scatto e connettori per robot modulari.

Definizione

Magneti elettropermanenti (EPM) (electro-permanent magnets) sono dispositivi magnetici che possono essere commutati tra presa e rilascio con un breve impulso elettrico e poi restano in quello stato senza alcuna alimentazione continua. Uniscono la praticità di un elettromagnete, che si può accendere e spegnere, alla tenuta a consumo zero di un magnete permanente.

Un EPM tipico abbina due tipi di materiale per magneti permanenti all'interno di una bobina. Uno è un magnete duro, come il neodimio-ferro-boro (NdFeB), la cui magnetizzazione resta fissa. L'altro è un magnete semiduro, come l'alnico, la cui magnetizzazione può essere invertita da un campo abbastanza intenso. Un impulso di corrente nella bobina inverte il magnete semiduro. Quando entrambi i magneti puntano nello stesso verso, il loro flusso combinato esce attraverso le espansioni polari verso una superficie ferromagnetica o un magnete corrispondente, e il dispositivo trattiene. Quando puntano in versi opposti, il flusso circola all'interno del dispositivo e poco raggiunge l'esterno, quindi il dispositivo rilascia.

Poiché l'energia viene usata solo durante la commutazione, gli EPM sono adatti a robot piccoli e alimentati a batteria. Sono stati usati in robot modulari e autoriconfigurabili come connettori che agganciano i moduli tra loro, in pinze e meccanismi di appollaiamento (perching) per droni e in piccoli robot che si attaccano a superfici d'acciaio. Grandi magneti di sollevamento elettropermanenti sono usati anche nell'industria per movimentare lamiere d'acciaio.

Gli EPM hanno vincoli pratici. La commutazione richiede un impulso di corrente elevata per un tempo breve, quindi l'elettronica di pilotaggio include di solito un ponte H e un condensatore o un'altra sorgente di impulsi. La forza di tenuta cala bruscamente con qualsiasi traferro e dipende da materiale, spessore e finitura superficiale del pezzo, e il dispositivo trattiene solo materiale ferromagnetico o un altro magnete.

Perché è importante

Trattenere qualcosa senza consumare energia è prezioso per robot piccoli, alimentati a batteria e modulari. I magneti elettropermanenti offrono un aggancio commutabile senza l'assorbimento costante di energia e il calore di un elettromagnete.

Applicazioni principali

• Connettori in robot modulari e autoriconfigurabili
• Pinze e meccanismi di appollaiamento (perching) per droni e piccoli robot
• Robot che si attaccano a strutture d'acciaio e vi si muovono sopra
• Sollevamento industriale di lamiere e pezzi d'acciaio

In pratica

Un team che progetta un robot modulare o una piattaforma per sciami potrebbe usare gli EPM come connettori tra le unità. Sceglie i materiali magnetici e gli avvolgimenti della bobina per la forza di tenuta richiesta, progetta un driver a impulsi che fornisce brevemente la corrente di commutazione dalla batteria del robot attraverso un condensatore e prova la forza di tenuta con traferri e condizioni superficiali diverse. Il firmware di controllo invia un impulso in un verso per agganciare e nel verso opposto per rilasciare, e tra un impulso e l'altro i magneti non assorbono corrente.

Idee sbagliate comuni

• Un EPM ha bisogno di alimentazione per continuare a trattenere — assorbe corrente solo durante la commutazione, poi trattiene con i soli magneti
• Gli EPM funzionano su qualsiasi materiale — trattengono solo superfici ferromagnetiche o un magnete corrispondente
• La forza di tenuta nominale vale in tutte le condizioni — la forza cala bruscamente con traferro, vernice, superfici ruvide o materiale sottile

Chi dovrebbe saperlo

• Ingegneri hardware che progettano pinze e meccanismi di aggancio
• Ricercatori di robotica modulare e di robotica degli sciami
• Ingegneri di droni che lavorano su appollaiamento e rilascio del carico utile

Tecnologie correlate

• Elettromagnete (Electromagnet)
• Magnete al neodimio (Neodymium Magnet)
• Pinza magnetica (Magnetic Gripper)
• Driver a ponte H (H-Bridge Driver)
• Robotica modulare (Modular Robotics)

Termini correlati

• End Effector
• EOAT
• Gripper
• Swarm Robotics

Progetti correlati

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