Electro-Permanent Magnet

• Também chamado: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
• Categoria: Actuation & drivetrain › Motors
• Tags: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics

Um conjunto magnético que pode ser ligado ou desligado com um breve pulso de corrente e depois mantém seu estado sem energia, usado em garras, travas e conectores de robôs modulares.

Definição

Ímãs eletropermanentes (EPMs) (electro-permanent magnets) são dispositivos magnéticos que podem ser comutados entre segurar e soltar com um breve pulso elétrico e depois permanecem nesse estado sem nenhuma alimentação contínua. Eles combinam a conveniência de um eletroímã, que pode ser ligado e desligado, com a retenção sem consumo de energia de um ímã permanente.

Um EPM típico combina dois tipos de material de ímã permanente dentro de uma bobina. Um é um ímã duro, como o neodímio-ferro-boro (NdFeB), cuja magnetização permanece fixa. O outro é um ímã semiduro, como o alnico, cuja magnetização pode ser invertida por um campo suficientemente forte. Um pulso de corrente pela bobina inverte o ímã semiduro. Quando os dois ímãs apontam no mesmo sentido, o fluxo combinado sai pelas peças polares para uma superfície ferromagnética ou um ímã correspondente, e o dispositivo segura. Quando apontam em sentidos opostos, o fluxo circula dentro do dispositivo e pouco chega ao exterior, então ele solta.

Como a energia só é usada durante a comutação, os EPMs são adequados para robôs pequenos e alimentados por bateria. Eles foram usados em robôs modulares e autorreconfiguráveis como conectores que travam os módulos entre si, em garras e mecanismos de empoleiramento para drones e em robôs pequenos que se prendem a superfícies de aço. Grandes ímãs de elevação eletropermanentes também são usados na indústria para mover chapas de aço.

Os EPMs têm limitações práticas. A comutação exige um pulso de corrente alta por um tempo curto, então a eletrônica de acionamento geralmente inclui uma ponte H e um capacitor ou outra fonte de pulsos. A força de retenção cai bruscamente com qualquer entreferro e depende do material, da espessura e do acabamento superficial da peça, e o dispositivo só prende material ferromagnético ou outro ímã.

Por que importa

Segurar algo sem consumir energia é valioso para robôs pequenos, alimentados por bateria e modulares. Os ímãs eletropermanentes oferecem fixação comutável sem o consumo constante de energia e o calor de um eletroímã.

Principais aplicações

• Conectores em robôs modulares e autorreconfiguráveis
• Garras e mecanismos de empoleiramento para drones e robôs pequenos
• Robôs que se prendem a estruturas de aço e se movem sobre elas
• Elevação industrial de chapas e peças de aço

Na prática

Uma equipe que projeta um robô modular ou uma plataforma de enxame pode usar EPMs como conectores entre as unidades. Ela escolhe os materiais magnéticos e os enrolamentos da bobina para a força de retenção necessária, projeta um driver de pulsos que entrega brevemente a corrente de comutação da bateria do robô por meio de um capacitor e testa a força de retenção com diferentes entreferros e condições de superfície. O firmware de controle envia um pulso em um sentido para travar e no sentido oposto para soltar, e os ímãs não consomem corrente no intervalo.

Equívocos comuns

• Um EPM precisa de energia para continuar segurando — ele só consome corrente durante a comutação e depois segura apenas com os ímãs
• EPMs funcionam com qualquer material — eles só prendem superfícies ferromagnéticas ou um ímã correspondente
• A força de retenção nominal vale em todas as condições — a força cai bruscamente com entreferro, tinta, superfícies rugosas ou material fino

Quem deve saber

• Engenheiros de hardware que projetam garras e mecanismos de travamento
• Pesquisadores de robótica modular e de robótica de enxame
• Engenheiros de drones que trabalham com empoleiramento e liberação de carga útil

Tecnologias relacionadas

• Eletroímã (Electromagnet)
• Ímã de neodímio (Neodymium Magnet)
• Garra magnética (Magnetic Gripper)
• Driver de ponte H (H-Bridge Driver)
• Robótica modular (Modular Robotics)

Termos relacionados

• End Effector
• EOAT
• Gripper
• Swarm Robotics

Projetos relacionados

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