Electro-Permanent Magnet
- 又稱: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
- 類別: Actuation & drivetrain › Motors
- 標籤: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics
一種磁鐵組件，可用短暫的電流脈衝開啟或關閉，之後不需電力即可維持狀態，用於夾爪、鎖扣與模組化機器人連接器。
定義
電永磁鐵（Electro-permanent magnets，EPM）是一種磁性元件，可以用一個短暫的電脈衝在吸持與釋放之間切換，之後不需任何持續供電就能維持該狀態。它結合了電磁鐵可開關的便利，以及永久磁鐵零耗電吸持的特性。
典型的 EPM 在一個線圈內搭配兩種永磁材料。一種是硬磁體，例如釹鐵硼（NdFeB），其磁化方向保持固定。另一種是半硬磁體，例如鋁鎳鈷（alnico），其磁化方向可被夠強的磁場反轉。通過線圈的電流脈衝會讓半硬磁體翻轉。當兩種磁體方向相同時，它們合成的磁通經由極靴向外流入鐵磁性表面或與之配對的磁鐵，元件便處於吸持狀態。當兩者方向相反時，磁通在元件內部循環，只有很少到達外部，因此元件釋放。
由於只在切換時消耗能量，EPM 適合以電池供電的機器人與小型機器人。它們曾被用在模組化與自我重構機器人中，作為把模組鎖合在一起的連接器；也用在無人機的夾爪與棲停機構，以及附著在鋼製表面上的小型機器人。大型電永磁吊掛磁鐵在工業上也用來搬運鋼板。
EPM 有一些實務上的限制。切換需要短時間的大電流脈衝，因此驅動電路通常包含一個 H 橋，以及一個電容或其他脈衝來源。吸持力會隨任何氣隙急遽下降，並取決於目標的材料、厚度與表面光潔度，而且這種元件只能吸住鐵磁性材料或另一塊磁鐵。
為何重要
不耗電就能吸持物體，對小型、以電池供電與模組化的機器人很有價值。電永磁鐵提供可切換的吸附，卻沒有電磁鐵那種持續的能量消耗與發熱。
主要應用
- 模組化與自我重構機器人中的連接器
- 無人機與小型機器人的夾爪及棲停機構
- 附著在鋼構造物上並在其上移動的機器人
- 鋼板與零件的工業吊運
實際應用
設計模組化機器人或群體平台的團隊，可能會用 EPM 作為單元之間的連接器。他們依所需的吸持力選擇磁鐵材料與線圈繞組，設計一個脈衝驅動器，透過電容從機器人電池短暫送出切換電流，並在不同氣隙與表面條件下測試吸持力。控制韌體朝一個方向送出脈衝以鎖合，朝相反方向送出脈衝以釋放，兩次切換之間磁鐵不耗用電流。
常見誤解
- EPM 需要供電才能持續吸持 — 它只在切換時耗用電流，之後僅靠磁鐵本身維持吸持
- EPM 對任何材料都有效 — 它只能吸住鐵磁性表面或相配的磁鐵
- 額定吸持力在所有條件下都成立 — 吸持力會隨氣隙、油漆、粗糙表面或薄材料而急遽下降
誰需要了解
- 設計夾爪與鎖合機構的硬體工程師
- 模組化與群體機器人研究人員
- 從事棲停與負載釋放的無人機工程師
相關技術
- 電磁鐵（Electromagnet）
- 釹磁鐵（Neodymium Magnet）
- 磁力夾爪（Magnetic Gripper）
- H 橋驅動器（H-Bridge Driver）
- 模組化機器人（Modular Robotics）
相關術語
相關專案
- Aerostack2: ROS 2 framework for autonomous multi-drone systems and swarm robotics