Electro-Permanent Magnet
- 又称: EPM, electropermanent magnet, switchable permanent magnet
- 类别: Actuation & drivetrain › Motors
- 标签: magnetic-actuation, grippers, modular-robotics, low-power, swarm-robotics
一种磁体组件，可用短暂的电流脉冲开启或关闭，之后无需供电即可保持其状态，用于夹爪、锁扣和模块化机器人连接器。
定义
电永磁体（Electro-permanent magnets，EPM）是一种磁性器件，可以用一个短暂的电脉冲在吸持与释放之间切换，之后无需任何持续供电即可保持该状态。它兼具电磁铁可通断的便利和永磁体零功耗吸持的特点。
典型的 EPM 在一个线圈内组合两种永磁材料。一种是硬磁体，例如钕铁硼（NdFeB），其磁化方向保持固定。另一种是半硬磁体，例如铝镍钴（alnico），其磁化方向可以被足够强的磁场反转。流过线圈的电流脉冲会使半硬磁体翻转。当两种磁体方向相同时，它们的合成磁通经极靴流出，进入铁磁性表面或与之配合的磁体，器件处于吸持状态。当两者方向相反时，磁通在器件内部循环，只有很少一部分到达外部，因此器件释放。
由于只在切换时消耗能量，EPM 适合电池供电的机器人和小型机器人。它们已被用于模块化和自重构机器人中，作为把模块锁合在一起的连接器；也用于无人机的夹爪和栖停机构，以及吸附在钢制表面上的小型机器人。大型电永磁起重磁铁在工业上也用于搬运钢板。
EPM 有一些实际限制。切换需要短时间的大电流脉冲，因此驱动电子电路通常包括一个 H 桥以及一个电容或其他脉冲源。吸持力会随任何气隙急剧下降，并取决于目标的材料、厚度和表面光洁度，而且该器件只能吸持铁磁性材料或另一块磁体。
为何重要
不消耗功率就能吸持物体，对小型、电池供电和模块化机器人很有价值。电永磁体提供可切换的吸附，而没有电磁铁那样持续的能量消耗和发热。
主要应用
- 模块化和自重构机器人中的连接器
- 无人机和小型机器人的夹爪和栖停机构
- 吸附在钢结构上并在其上移动的机器人
- 钢板和零件的工业起吊
实际应用
设计模块化机器人或集群平台的团队可能会用 EPM 作为单元之间的连接器。他们根据所需吸持力选择磁体材料和线圈绕组，设计一个脉冲驱动器，经由电容从机器人电池短暂输出切换电流，并在不同气隙和表面条件下测试吸持力。控制固件向一个方向发送脉冲以锁合，向相反方向发送脉冲以释放，两次切换之间磁体不消耗电流。
常见误解
- EPM 需要供电才能保持吸持 — 它只在切换时消耗电流，之后仅靠磁体本身保持吸持
- EPM 对任何材料都有效 — 它只能吸持铁磁性表面或相匹配的磁体
- 额定吸持力在任何条件下都适用 — 吸持力会随气隙、油漆、粗糙表面或薄材料而急剧下降
谁需要了解
- 设计夹爪和锁合机构的硬件工程师
- 模块化和集群机器人研究人员
- 从事栖停和载荷释放的无人机工程师
相关技术
- 电磁铁（Electromagnet）
- 钕磁铁（Neodymium Magnet）
- 磁力夹爪（Magnetic Gripper）
- H 桥驱动器（H-Bridge Driver）
- 模块化机器人（Modular Robotics）
相关术语
相关项目
- Aerostack2: ROS 2 framework for autonomous multi-drone systems and swarm robotics