WO2026017201A1 - Permanentmagnet für einen rotor einer elektrischen traktionsmaschine sowie verfahren zum montieren eines rotors für eine elektrische traktionsmaschine - Google Patents

Permanentmagnet für einen rotor einer elektrischen traktionsmaschine sowie verfahren zum montieren eines rotors für eine elektrische traktionsmaschine

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WO2026017201A1
WO2026017201A1 PCT/DE2025/100559 DE2025100559W WO2026017201A1 WO 2026017201 A1 WO2026017201 A1 WO 2026017201A1 DE 2025100559 W DE2025100559 W DE 2025100559W WO 2026017201 A1 WO2026017201 A1 WO 2026017201A1
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WO
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permanent magnet
rotor
marking
rare earth
orientation
Prior art date
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PCT/DE2025/100559
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rafael Sabaini
Johannes Eberle
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a permanent magnet for a rotor of an electric traction machine and a method for mounting a rotor for an electric traction machine.
  • a method for manufacturing a permanent magnet rotor comprising a rotor yoke with a large number of laminated steel sheets, two N-magnetic poles on its outer circumference (where N is a positive integer), and slots for inserting electroplated permanent magnets for a field at the bases of the magnetic poles, spaced substantially equidistant from an opening for a rotatable shaft.
  • rare-earth permanent magnets are inserted into the slots of the rotor yoke.
  • the rotor yoke is then heated to a temperature above the Curie temperature of the permanent magnet, but below a temperature sufficient to maintain the material's performance for the permanent magnet.
  • the heated rotor yoke is fitted to the rotatable shaft, and the permanent magnets are magnetized.
  • the object of the present invention is to provide a solution by which permanent magnets can be used in a rotor with a particularly low proportion of rare earth elements while maintaining particularly high rotor performance.
  • the invention relates to a permanent magnet for a rotor of an electric traction machine.
  • the electric traction machine is specifically designed for use in a motor vehicle.
  • the motor vehicle can be electrically driven by means of the electric traction machine.
  • the electric traction machine particularly comprises a stator relative to which the rotor can be rotated about an axis of rotation during operation.
  • the rotor has a base body, which can, for example, be made of a laminated core. This rotor base body has at least one recess, in particular several recesses, in which at least one permanent magnet, in particular several permanent magnets, are to be received.
  • the permanent magnet which can also be referred to as a permanent magnet, is a magnet made of a single piece of hard magnetic material that exhibits a constant magnetic field without requiring the input of electrical power, as is the case with electromagnets. Permanent magnets are often made of metallic alloys. In this case, the permanent magnet is a rare-earth magnet, which has varying concentrations of rare earth elements in different regions. A distinction is made between light rare earth elements (e.g., Nd, Pr) and heavy rare earth elements (e.g., Dy, Tr). The concentration of heavy rare earth elements (used for temperature stabilization) is deliberately varied.
  • the term "rare-earth magnets" encompasses a group of permanent magnets consisting primarily of ferrous and rare-earth metals.
  • Rare-earth magnets are characterized by their simultaneous high magnetic remanence density and high magnetic coercivity, resulting in high magnetic energy density.
  • the permanent magnet in question is a neodymium-iron-boron magnet (NdFeB). This allows for particularly high power densities, especially high remanence.
  • HREs heavy rare earth elements
  • Incorporating earth elements into the magnetic base material for the permanent magnet and/or introducing heavy rare earth elements via surface diffusion can increase the coercive field strength.
  • materials with a higher proportion of heavy rare earth elements can be used as needed, especially in areas of the rotor that are subject to particularly high stresses due to operating conditions, such as a counter-field from the stator.
  • the use of heavy rare earth elements is costly and can be problematic due to issues such as political situations in mining countries, child labor, or environmental pollution. Adding heavy rare earth elements to the magnetic material of the permanent magnet reduces remanence and thus the maximum possible torque of the electric traction motor, or the performance of the permanent magnet itself.
  • the permanent magnet is designed to have a higher concentration of rare earth elements only in specific areas. Depending on these areas of higher rare earth concentration, the permanent magnet is to be installed in a defined position within a recess in the rotor body. This installation position is determined by the operating conditions within the rotor body and by the arrangement of the areas with varying rare earth concentrations within the permanent magnet.
  • the permanent magnet is provided with a marking that can be read by a detection device, allowing the device to unambiguously determine the magnet's orientation.
  • a marking that can be read by a detection device, allowing the device to unambiguously determine the magnet's orientation.
  • the marking ensures that the permanent magnet's orientation can be determined particularly easily and unambiguously, allowing the permanent magnet to be reliably mounted in the correct position within the rotor using the installation device. Providing this marking on the permanent magnet significantly minimizes the risk of incorrect orientation within the rotor.
  • the marking can be a geometric marking.
  • the marking can be provided by a geometric contour, such as a chamfer.
  • the marking is provided by selectively adjusting the color of the permanent magnet.
  • the marking is thus an optical marking characterized by the color of the permanent magnet.
  • the color of the permanent magnet can be detected particularly easily using a camera in the detection device, allowing the orientation of the permanent magnet to be determined particularly easily and reliably based on its color.
  • the marking by selectively coloring the material from which the permanent magnet is manufactured.
  • a base material from which the permanent magnet is produced is selectively colored, for example, by adding color pigments, thereby providing the optical marking. Coloring the material ensures particularly high durability of the marking.
  • This coating could, for example, be an epoxy coating. Applying the coating allows for particularly simple and precise design of the marking.
  • the marking may be provided by selectively creating a passivation layer on the permanent magnet.
  • a passivation layer on the permanent magnet.
  • the permanent magnet is manufactured, and then an area of its surface is passivated.
  • This passivated surface area of the permanent magnet visually stands out from the surrounding surface area, thus forming the marking.
  • Creating the passivation layer allows for marking without the use of color pigments. Passivation with Different process/environmental parameters can lead to different colorations. This means that it is possible for all areas of the permanent magnet's surface to be passivated—especially under varying process/environmental parameters—and yet differentiation via color is still possible.
  • the permanent magnet comprises several segments stacked one on top of the other in a stacking direction, one of which projects beyond all adjacent segments in a lateral direction perpendicular to the stacking direction and/or remains behind all adjacent segments.
  • the segment can project beyond the adjacent segments on one side and remain behind the adjacent segments on another side.
  • the permanent magnet can be tangentially segmented, particularly to reduce losses. These segments of the permanent magnet are usually glued together outside the rotor and then glued together before being inserted into the rotor. Because the segment projects beyond the adjacent segments, a raised or protruded shape of the permanent magnet can be created particularly easily. Because the segment remains behind all adjacent segments, a recessed shape of the permanent magnet can be created particularly easily.
  • This protrusion or indentation of the permanent magnet can be easily detected mechanically using a probe, allowing the orientation of the permanent magnet to be determined mechanically with particular ease.
  • the probe is thus part of the detection device and is designed to read the aforementioned geometric marking in the form of the indentation or protrusion of the permanent magnet. Because the indentation or protrusion is created by the arrangement of the segments relative to each other, the permanent magnet can be easily marked with the biometric identifier during its manufacture by simply aligning the segments accordingly.
  • the marking is arranged in a region of the permanent magnet where the concentration of heavy rare earth elements is higher than in at least one other region of the permanent magnet. Due to the increased concentration of heavy rare earth elements, the permanent magnet in this region exhibits a higher concentration of heavy rare earth elements.
  • the area containing rare earth elements is particularly well protected against demagnetization. Because the marking is located in the area of the permanent magnet with the highest concentration of heavy rare earth elements, the detection device can easily determine the location of this area within the permanent magnet by reading the marking.
  • the permanent magnet can be reliably mounted in the correct orientation within the rotor, ensuring that the area with the high concentration of heavy rare earth elements is positioned in a region of the rotor where the risk of demagnetization is particularly high due to operating conditions. This allows for a highly reliable and correct mounting of the permanent magnet within the rotor.
  • the invention further relates to a method for mounting a rotor for an electric traction machine.
  • the orientation of at least one permanent magnet is determined by a detection device based on its marking.
  • the method provides that the permanent magnet is inserted into a recess of the rotor body in a defined installation position using an installation device, depending on the determined orientation.
  • the defined installation position is predetermined by the arrangement of the areas with different rare earth concentrations in the permanent magnet.
  • the marking is optically detected using a camera on the detection device and/or mechanically detected using a button and/or a mask on the detection device.
  • the marking is provided by adjusting the color of the permanent magnet, the marking can be detected very easily and reliably using the camera, and the orientation of the permanent magnet can be determined based on the detected marking.
  • a geometric marking on the permanent magnet such as an indentation or protrusion, can be detected very easily and reliably, which in turn allows the orientation of the permanent magnet to be determined very easily.
  • it can be guided through an opening in the mask of the detection device, allowing the position of a chamfer to be checked.
  • the probe is arranged on a gripping device of the installation unit, whereby the orientation of the permanent magnet is determined by the probe when the permanent magnet is gripped by the gripping device.
  • the permanent magnet can be gripped by the gripping device and its orientation checked by the probe simultaneously. This enables particularly fast and correct mounting of the permanent magnet to the rotor body.
  • the gripping device can position the permanent magnet on the rotor body particularly easily and precisely. The probe thus allows for a particularly simple and precise determination of the orientation of the permanent magnet in its gripped state. Further features of the invention may become apparent from the claims, the figures, and the description of the figures.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a section of a rotor base body of a rotor, wherein respective permanent magnets are arranged in recesses of the rotor base body;
  • Fig. 2 shows a schematic perspective view of a permanent magnet with a geometric marking
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of the permanent magnet with an optical marking.
  • FIG. 1 shows a sectioned view of a rotor 10 for an electric traction motor of a motor vehicle.
  • the rotor 10 comprises a rotor body 12, which in this case is formed from a laminated core.
  • the rotor body 12 includes several recesses 14, each containing a permanent magnet 16.
  • areas of the permanent magnets 16 susceptible to demagnetization are made insensitive to opposing fields of a stator of the electric traction motor by adding heavy rare earth elements.
  • the respective permanent magnets 16 have a first region 18 and a second region 20, with a higher concentration of heavy rare earth elements in the first region 18 than in the second region 20.
  • segment marked with reference numeral 28 has a length parallel to the lateral direction 30, which is equal to the length of at least one immediately adjacent segment 24 running in the lateral direction 30. Segment 28 can be arranged offset in the lateral direction 30 compared to the at least one further segment 24 immediately adjacent to it. This allows segment 28 to have the same total magnetic mass as the at least one adjacent segment, so that, despite the provision of the geometric marking 22, the permanent magnet 16 has a particularly large amount of magnetic mass.
  • the marking 22 is thus provided by a geometric step. This geometrically designed marking 22 can be particularly well mechanically detected by means of a sensor of the detection device.
  • the optical marking 22 can be used as a safety feature during automated assembly by means of the camera device.
  • the color of the permanent magnet 16 can be adapted by simple dyeing, by targeted influence during the creation of a passivation layer, or by applying a coating, in particular a colored coating, especially an epoxy coating. Overall, the invention shows how cost/functional optimization of magnets, in particular permanent magnets 16, can be implemented by using magnet material combinations with Poka Yoke.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten (16) für einen Rotor (10) einer elektrischen Traktionsmaschine, welcher in unterschiedlichen Bereichen (18, 20) eine unterschiedlich hohe Konzentration an seltenen Erden aufweist, mit einer von einer Erfassungseinrichtung auslesbaren Markierung (22), anhand welcher die Erfassungseinrichtung eine Ausrichtung des Permanentmagneten (16) eindeutig bestimmen kann, wodurch mittels einer Einbaueinrichtung auf Basis der ermittelten Ausrichtung des Permanentmagneten (16) der Permanentmagnet (16) in einer definierten Einbauposition, welche in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche (18, 20) unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten (16) vorgegeben ist, in eine Ausnehmung (14) eines Rotorgrundkörpers (12) des Rotors (10) eingebaut werden kann.

Description

Permanentmagnet für einen Rotor einer elektrischen Traktionsmaschine sowie Verfahren zum Montieren eines Rotors für eine elektrische Traktionsmaschine
Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten für einen Rotor einer elektrischen Traktionsmaschine sowie ein Verfahren zum Montieren eines Rotors für eine elektrische Traktionsmaschine.
Aus der DE 695 35 188 T2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Permanentmagnet-Rotors mit einem Rotorjoch bekannt, das eine große Anzahl von laminierten Stahlblechen hat, das zwei N-magnetische Pole am Außenumfang hat, wobei N eine positive ganze Zahl ist, und in dem Schlitze zum Einbringen von elektroplatierten Permanentmagneten für ein Feld an den Grundteilen der magnetischen Pole im Wesentlichen im gleichen Abstand von einer Öffnung für eine drehbare Welle vorgesehen sind. Bei dem Verfahren werden Seltene-Erde-Permanentmagneten in die Schlitze des Rotorjochs eingebracht. Weiterhin wird das Rotorjoch auf eine Temperatur oberhalb einer Curie-Temperatur des Permanentmagneten erwärmt, wobei die Temperatur unterhalb einer Temperatur zum Halten der Leistungsfähigkeit des Materials für den Permanentmagneten liegt. Weiterhin wird das erwärmte Rotorjoch an der drehbaren Welle angepasst und die Permanentmagnete werden magnetisiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, mittels welcher Permanentmagneten in einem Rotor mit einem besonders geringen Anteil an seltenen Erden bei besonders hoher Leistungsfähigkeit des Rotors eingesetzt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Die Erfindung betrifft einen Permanentmagneten für einen Rotor einer elektrischen Traktionsmaschine. Die elektrische Traktionsmaschine ist insbesondere dazu eingerichtet, in einem Kraftfahrzeug eingesetzt zu werden. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Traktionsmaschine elektrisch angetrieben werden. Zusätzlich zu dem Rotor umfasst die elektrische Traktionsmaschine insbesondere einen Stator, relativ zu welchem der Rotor im Betrieb um eine Drehachse gedreht werden kann. Insbesondere ist es vorgesehen, dass der Rotor einen Grundkörper aufweist, welcher beispielsweise aus einem Blechpaket hergestellt sein kann. Dieser Rotorgrundkörper weist wenigstens eine Ausnehmung, insbesondere mehrere Ausnehmungen, auf, in welchen wenigstens ein Permanentmagnet, insbesondere mehrere Permanentmagneten, aufzunehmen sind. Der Permanentmagnet, welcher auch als Dauermagnet bezeichnet werden kann, ist ein Magnet aus einem Stück hartmagnetischen Materials, das ein gleichbleibendes Magnetfeld aufweist, ohne dass, wie bei Elektromagneten, elektrische Leistung aufzuwenden ist. Oftmals werden Permanentmagneten aus metallischen Legierungen hergestellt. Bei dem Permanentmagneten handelt es sich vorliegend um einen Seltenerdmagneten, welcher in unterschiedlichen Bereichen eine unterschiedlich hohe Konzentration an seltenen Erden aufweist. Es gibt die Unterscheidung zwischen leichten seltenen Erden (z.B. Nd, Pr) und schweren seltenen Erden (z.B. Dy, Tr). Insbesondere die Konzentration an schweren seltenen Erden (eingesetzt zur Temperatur-Stabilisierung) wird bewusst variiert. Unter dem Namen Seltenerdmagnete wird eine Gruppe von Permanentmagneten zusammengefasst, die im Wesentlichen aus Eisenmetallen und Seltenerdmetallen bestehen. Seltenerdmagneten zeichnen sich dadurch aus, dass sie gleichzeitig eine hohe magnetische Remanenzflussdichte und eine hohe magnetische Koerzitivfeldstärke und damit eine hohe magnetische Energiedichte aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem Permanentmagneten um einen Neodym-Eisen-Bor-Magneten (NdFeB). Hierdurch können besonders hohe Leistungsdichten erzielt werden, insbesondere besonders hohe Remanenzen.
Um die performanten Permanentmagneten vor Entmagnetisierung zu schützen, werden schwere seltene Erden (HRE) eingesetzt. Durch Beimischung der schweren seltenen Erden in ein Magnetgrundmaterial für den Permanentmagneten und/oder durch eine Einbringung von schweren seltenen Erden über Randschichtdiffusion kann eine Erhöhung der Koerzitivfeldstärke erreicht werden. Insbesondere können Materialien mit höherem Anteil von schweren seltenen Erden bedarfsgerecht speziell in den Bereichen des Rotors eingesetzt werden, die aufgrund von Einsatzbedingungen, wie beispielsweise aufgrund eines Gegenfelds des Stators, besonders hoch belastet sind.
Der Einsatz von schweren seltenen Erden ist kostspielig und kann beispielsweise aufgrund von politischen Situationen in Abbauländern, Kinderarbeit oder Umweltverschmutzung bedenklich sein. Eine Beimengung von schweren seltenen Erden in das Magnetmaterial des Permanentmagneten reduziert die Remanenz und somit ein maximal mögliches Moment der elektrischen Traktionsmaschine beziehungsweise eine Performance des Permanentmagneten. Um somit den Permanentmagneten bereitzustellen, welcher zum einen die Vorteile von beigemischten seltenen Erden aufweist und zum anderen gleichzeitig besonders wenige dieser seltenen Erden aufweist, ist es vorgesehen, dass der Permanentmagnet lediglich bereichsweise eine erhöhte Konzentration an seltenen Erden aufweist, wobei der Permanentmagnet in Abhängigkeit von diesen Bereichen erhöhter Konzentration an seltenen Erden in einer definierten Einbauposition in einer Ausnehmung des Rotorgrundkörpers des Rotors einzubauen ist. Diese Einbauposition ist in Abhängigkeit von Einsatzbedingungen im Rotorgrundkörper und in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten vorgegeben. Es ist somit essentiell, dass der Permanentmagnet bei der Montage lagerichtig im Rotor angeordnet wird. Hierfür ist es vorgesehen, dass der Permanentmagnet eine von einer Erfassungseinrichtung auslesbare Markierung aufweist, anhand welcher die Erfassungseinrichtung eine Ausrichtung des Permanentmagneten eindeutig bestimmen kann. Hierdurch kann mittels einer Einbaueinrichtung auf Basis der ermittelten Ausrichtung des Permanentmagneten der Permanentmagnet in der definierten Einbauposition in dem Rotor eingebaut werden. Mit anderen Worten stellt die Markierung sicher, dass die Ausrichtung des Permanentmagneten besonders einfach und eindeutig ermittelt werden kann, wodurch der Permanentmagnet zuverlässig lagerichtig mittels der Einbaueinrichtung im Rotor montiert werden kann. Das Vorsehen der Markierung an dem Permanentmagneten ermöglicht, dass eine Gefahr für eine falsche Ausrichtung des Permanentmagneten im Rotor besonders gering gehalten werden kann. Bei der Markierung kann es sich um eine geometrische Markierung handeln. Beispielsweise kann die Markierung durch eine geometrische Kontur, wie beispielsweise eine Fase bereitgestellt werden.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Markierung durch bereichsweises Anpassen einer Farbgebung des Permanentmagneten bereitgestellt ist. Es handelt sich bei der Markierung somit um eine optische Markierung, welche durch die Farbgebung des Permanentmagneten charakterisiert ist. Die Farbgebung des Permanentmagneten kann besonders einfach mittels einer Kameraeinrichtung der Erfassungseinrichtung erfasst werden, wodurch anhand der Farbgebung des Permanentmagneten mittels der Erfassungseinrichtung die Ausrichtung des Permanentmagneten besonders einfach und zuverlässig ermittelt werden kann.
In diesem Zusammenhang kann es insbesondere vorgesehen sein, dass die Markierung durch bereichsweises Einfärben eines Materials, aus welchem der Permanentmagnet hergestellt ist, bereitgestellt ist. Das bedeutet, dass ein Ausgangsmaterial, aus welchem der Permanentmagnet gefertigt wird, bereichsweise eingefärbt wird, beispielsweise durch Beimischen von Farbpigmenten, wodurch die optische Markierung bereitgestellt wird. Das Einfärben des Materials ermöglicht eine besonders hohe Beständigkeit der Markierung. Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Markierung durch zumindest bereichsweises Beschichten eines Grundkörpers des Permanentmagneten bereitgestellt ist. Das bedeutet, dass der Grundkörper des Permanentmagneten gefertigt wird und anschließend für das Bereitstellen der Markierung ein Bereich des Grundkörpers mit der Beschichtung versehen wird. Diese Beschichtung hebt sich insbesondere farblich von dem Grundkörper ab, wodurch die Markierung besonders einfach mittels der Kameraeinrichtung ausgelesen werden kann. Bei dieser Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Epoxidbeschichtung handeln. Das Aufbringen der Beschichtung ermöglicht ein besonders einfaches und präzises Ausgestalten der Markierung. Weiterhin alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die Markierung durch bereichsweises Erzeugen einer Passivierschicht des Permanentmagneten bereitgestellt ist. Das bedeutet, dass der Permanentmagnet hergestellt wird und anschließend ein Bereich einer Oberfläche des Permanentmagneten passiviert wird, wodurch dieser passivierte Oberflächenbereich des Permanentmagneten sich von einem umgebenden Oberflächenbereich optisch abhebt und hierdurch die Markierung bildet. Das Erzeugen der Passivierschicht ermöglicht ein Bereitstellen der Markierung ohne das Verwenden von Farbpigmenten. Passivieren mit unterschiedlichen Prozess- / Umgebungsparametern kann zu unterschiedlichen Färbungen führen kann. D.h. es ist möglich, dass alle Bereiche der Oberfläche des Permanentmagneten passiviert sind - insbesondere bei unterschiedlichen Prozess- / Umgebungsparametern - und trotzdem eine Differenzierung über die Farbe möglich ist.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Permanentmagnet mehrere in einer Stapelrichtung aufeinander gestapelte Segmente umfasst, von welchen eines in einer senkrecht zur Stapel richtung verlaufenden Seitenrichtung über sämtliche angrenzenden Segmente übersteht und/oder hinter sämtlichen angrenzenden Segmenten zurückbleibt. Beispielsweise kann das Segment an einer Seite über die angrenzenden Segmente überstehen und an einer anderen Seite hinter den angrenzenden Segmenten Zurückbleiben. Der Permanentmagnet kann insbesondere zur Reduktion von Verlusten tangential segmentiert sein. Meist werden diese Segmente des Permanentmagneten außerhalb des Rotors verklebt und dann miteinander verklebt in den Rotor gefügt. Dadurch, dass das Segment über die angrenzenden Segmente übersteht, kann besonders einfach eine Erhebung beziehungsweise Ausbuchung des Permanentmagneten bereitgestellt werden. Dadurch, dass das Segment hinter sämtlichen angrenzenden Segmenten zurückbleibt, kann besonders einfach eine Einbuchtung des Permanentmagneten bereitgestellt werden. Diese Ausbuchtung beziehungsweise Einbuchtung des Permanentmagneten kann besonders einfach mittels eines Tasters mechanisch ertastet werden, wodurch infolge des Ertastens der Einbuchtung beziehungsweise Ausbuchtung besonders einfach die Ausrichtung des Permanentmagneten mechanisch ermittelt werden kann. Der Taster ist somit Teil der Erfassungseinrichtung und dazu eingerichtet, die genannte geometrische Markierung in Form der Einbuchtung beziehungsweise Ausbuchtung des Permanentmagneten auszulesen. Dadurch, dass die Einbuchtung beziehungsweise die Ausbuchtung durch das Anordnen der Segmente zueinander bereitgestellt wird, kann der Permanentmagnet bei dessen Herstellung besonders einfach durch entsprechendes Ausrichten der Segmente zueinander mit der biometrischen Markierung versehen werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Markierung in einem Bereich des Permanentmagneten angeordnet ist, in welchem eine Konzentration an schweren seltenen Erden höher ist als in wenigstens einem weiteren Bereich des Permanentmagneten. Durch die erhöhte Konzentration an schweren seltenen Erden ist der Permanentmagnet in diesem die hohe Konzentration an schweren seltenen Erden aufweisenden Bereich besonders gut vor Entmagnetisierung geschützt. Dadurch, dass die Markierung in dem Bereich des Permanentmagneten angeordnet ist, in welchem die besonders hohe Konzentration an schweren seltenen Erden vorliegt, kann durch Auslesen der Markierung mittels der Erfassungseinrichtung besonders einfach ermittelt werden, wo sich der Bereich mit der erhöhten Konzentration an schweren seltenen Erden im Permanentmagneten befindet. Infolgedessen kann der Permanentmagnet besonders zuverlässig lagerichtig im Rotor montiert werden, wodurch der die erhöhte Konzentration an schweren seltenen Erden aufweisende Bereich des Permanentmagneten in einem Bereich des Rotors angeordnet ist, in welchem aufgrund von Einsatzbedingungen eine Gefahr für eine Entmagnetisierung des Permanentmagneten besonders hoch ist. Es kann somit besonders zuverlässig eine lagerichtige Montage des Permanentmagneten im Rotor erreicht werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Montieren eines Rotors für eine elektrische Traktionsmaschine. Bei dem Verfahren ist es vorgesehen, dass eine Ausrichtung wenigstens eines Permanentmagneten, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Permanentmagneten beschrieben worden ist, mittels einer Erfassungseinrichtung anhand der Markierung bestimmt wird. Weiterhin ist es im Rahmen des Verfahrens vorgesehen, dass der Permanentmagnet mittels einer Einbaueinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Ausrichtung in einer definierten Einbauposition in eine Ausnehmung eines Rotorgrundkörpers des Rotors eingesteckt wird. Die definierte Einbauposition ist in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten vorgegeben. Durch das Auslesen der Markierung des Permanentmagneten kann die Ausrichtung des Permanentmagneten mit besonders großer Präzision einfach und zuverlässig ermittelt werden. Infolge des präzisen Ermittelns der Ausrichtung des Permanentmagneten kann mittels der Einbaueinrichtung der Permanentmagnet wiederum besonders präzise lagerichtig in der Ausnehmung des Rotorgrundkörpers des Rotors montiert werden. Hierdurch ist es möglich, dass in dem Rotor Permanentmagneten verbaut werden, welche lediglich in besonders beanspruchten Bereichen hohe Konzentrationen an seltenen Erden, insbesondere hohe Konzentrationen an schweren seltenen Erden, aufweisen. Es ist somit nicht notwendig, den gesamten Permanentmagneten mit einer gleichmäßigen Konzentration an seltenen Erden, insbesondere schweren seltenen Erden, zu versehen. Dadurch, dass der Permanentmagnet lediglich bereichsweise erhöhte Konzentrationen an seltenen Erden, insbesondere an schweren seltenen Erden, aufweist, kann der Permanentmagnet insgesamt lediglich einen besonders geringen Anteil an seltenen Erden, insbesondere an schweren seltenen Erden, aufweisen, wodurch der Permanentmagnet besonders kostengünstig hergestellt werden kann. Unter der erhöhten bzw. hohen Konzentration an seltenen Erden ist zu verstehen, dass der betreffende Bereich eine höhere Konzentration an seltenen Erden aufweist als wenigstens ein weiterer Bereich des Permanentmagneten.
In einer möglichen Weiterbildung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass mittels einer Kameraeinrichtung der Erfassungseinrichtung die Markierung optisch erfasst wird und/oder mittels eines Tasters und/oder einer Maske der Erfassungseinrichtung die Markierung mechanisch erfasst wird. Insbesondere, wenn die Markierung durch Anpassen einer Farbgebung des Permanentmagneten bereitgestellt ist, kann die Markierung mittels der Kameraeinrichtung besonders einfach und zuverlässig ermittelt und anhand der ermittelten Markierung die Ausrichtung des Permanentmagneten ermittelt werden. Mittels des Tasters kann eine geometrische Markierung des Permanentmagneten, beispielsweise eine Einbuchtung oder eine Ausbuchung, besonders einfach und zuverlässig ermittelt werden, wodurch die Ausrichtung des Permanentmagneten wiederum besonders einfach ermittelt werden kann. Für das Ermitteln der Ausrichtung des Permanentmagneten kann dieser durch eine Öffnung der Maske der Erfassungseinrichtung geführt werden, wodurch die Lage einer Fase abgeprüft werden kann.
In diesem Zusammenhang kann es ferner vorgesehen sein, dass der Taster an einer Greifvorrichtung der Einbaueinrichtung angeordnet ist, wodurch mittels des Tasters die Ausrichtung des Permanentmagneten beim Greifen des Permanentmagneten mittels der Greifvorrichtung ermittelt wird. Mit anderen Worten kann der Permanentmagnet gleichzeitig mittels der Greifvorrichtung gegriffen werden und mittels des Tasters in seiner Ausrichtung untersucht werden. Hierdurch ist eine besonders schnelle lagerichtige Montage des Permanentmagneten an dem Rotorgrundkörper des Rotors möglich. Die Greifvorrichtung kann in Abhängigkeit von der mittels des Tasters ermittelten Ausrichtung des von der Greifvorrichtung gegriffenen Permanentmagneten den Permanentmagneten besonders einfach und präzise lagerichtig am Rotorgrundkörper anordnen. Mittels des Tasters kann somit besonders einfach und präzise ermittelt werden, welche Ausrichtung der von der Greifvorrichtung gegriffene Permanentmagnet in seinem von der Greifvorrichtung gegriffenen Zustand aufweist. Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts eines Rotorgrundkörpers eines Rotors, wobei in Ausnehmungen des Rotorgrundkörpers jeweilige Permanentmagneten angeordnet sind;
Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines Permanentmagneten mit einer geometrischen Markierung; und
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht des Permanentmagneten mit einer optischen Markierung.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist ausschnittsweise geschnitten ein Rotor 10 für eine elektrische Traktionsmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Rotor 10 umfasst einen Rotorgrundkörper 12, welcher vorliegend aus einem Blechpaket gebildet ist. Der Rotorgrundkörper 12 umfasst mehrere Ausnehmungen 14, wobei in jede Ausnehmung 14 jeweils ein Permanentmagnet 16 gesteckt ist. Um die Permanentmagnete 16 vor Entmagnetisierung zu schützen, ist es vorgesehen, dass für Entmagnetisierung gefährdete Bereiche der Permanentmagneten 16 durch Zugabe von schweren seltenen Erden gegen Gegenfelder eines Stators der elektrischen Traktionsmaschine unempfindliche gemacht werden. Vorliegend weisen die jeweiligen Permanentmagnete 16 einen ersten Bereich 18 und einen zweiten Bereich 20 auf, wobei eine Konzentration an schweren seltenen Erden im ersten Bereich 18 höher ist als im zweiten Bereich 20. Hierbei ist es vorgesehen, dass der jeweilige zweite Bereich 20 frei von schweren seltenen Erden gehalten ist oder eine geringere Konzentration an schweren seltenen Erden aufweist als der wenigstens eine erste Bereich 18. Die jeweiligen Permanentmagnete 16 weisen somit in unterschiedlichen Bereichen eine unterschiedlich hohe Konzentration an seltenen Erden, insbesondere an schweren seltenen Erden, auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Permanentmagnete 16 mit Bereichen unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden, insbesondere schweren seltenen Erden, ist es essentiell, dass die Permanentmagnete 16 lagerichtig im Rotorgrundkörper 12 montiert werden. Um diese lagerichtige Ausrichtung der Permanentmagnete 16 im Rotorgrundkörper 12 beziehungsweise in den für die jeweiligen Permanentmagnete 16 vorgesehenen Ausnehmungen 14 des Rotorgrundkörpers 12 zu erleichtern, ist es vorgesehen, dass die jeweiligen Permanentmagnete 16 jeweils wenigstens eine von einer Erfassungseinrichtung auslesbare Markierung 22 umfassen. Anhand dieser Markierung 22 kann die Erfassungseinrichtung eine Ausrichtung des jeweiligen Permanentmagneten 16 eindeutig bestimmen. Hierdurch kann mittels einer Einbaueinrichtung auf Basis der ermittelten Ausrichtung des jeweiligen Permanentmagneten 16 der Permanentmagnet 16 in einer definierten Einbauposition, welche in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche 18, 20 unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten 16 vorgegeben ist, in dem Rotorgrundkörper 12 eingebaut werden.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Montieren des Rotors 10 kann somit die Ausrichtung des jeweiligen zu montierenden Permanentmagneten 16 mittels der Erfassungseinrichtung anhand der Markierung 22 bestimmt werden und der Permanentmagnet 16 mittels der Einbaueinrichtung, insbesondere mittels einer Greifvorrichtung, in Abhängigkeit von der ermittelten Ausrichtung in der definierten Einbauposition in der zugeordneten Ausnehmung 14 des Rotorgrundkörpers 12 angeordnet werden.
In den Fig. 2 und 3 sind jeweilige mit unterschiedlichen Markierungen 22 versehene Permanentmagnete 16 dargestellt. Jeder dieser Permanentmagnete 16 umfasst jeweils einen ersten Bereich 18 mit einer höheren Konzentration an seltenen Erden, insbesondere schweren seltenen Erden, und einen zweiten Bereich 20 mit einer im Vergleich dazu niedrigeren Konzentration an seltenen Erden, insbesondere schweren seltenen Erden. Der Anteil beziehungsweise die Konzentration an schweren seltenen Erden im ersten Bereich 18 kann insbesondere durch Randschichtdiffusion eingestellt werden oder beim Herstellen des Permanentmagneten 16 aus einer Vielzahl an Segmenten 24 durch Aufbringen eines Magnetsegments mit einer im Vergleich zu den weiteren Segmenten 24 erhöhten Konzentration an schweren seltenen Erden. In dem zweiten Bereich 20 weist der Permanentmagnet 16 einen im Vergleich zum ersten Bereich 18 geringeren Anteil an schweren seltenen Erden auf und weist hierdurch im zweiten Bereich 20 eine höhere Remanenz im Vergleich zum ersten Bereich 18 auf.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung ist die Markierung 22 in Form einer geometrischen Markierung vorgesehen. Diese kann beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise in Form einer Fase. Vorliegend in der in Fig. 2 gezeigte Permanentmagnet 16 aus mehreren in einer Stapelrichtung 26 aufeinander gestapelten Segmenten 24 hergestellt. Für das Bereitstellen der Markierung 22 steht vorliegend eines der Segmente, welches im Folgenden mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist, in einer senkrecht zur Stapelrichtung verlaufenden Seitenrichtung 30 hinter sämtlichen angrenzenden Segmenten 24 zurück. Alternativ oder zusätzlich kann es für das Bereitstellen der geometrischen Markierung 22 vorgesehen sein, dass eines der Segmente 24 über sämtliche angrenzenden Segmente 24 in der Seitenrichtung 30 übersteht. Es ist möglich, dass das mit dem Bezugszeichen 28 markierte Segment eine parallel zur Seitenrichtung 30 verlaufende Länge aufweist, welche gleich ist zur in Seitenrichtung 30 verlaufenden Länge zumindest eines unmittelbar angrenzenden Segments 24. Das Segment 28 kann im Vergleich zu dem wenigstens einen unmittelbar an dieses Segment 28 angrenzenden weiteren Segment 24 in Seitenrichtung 30 versetzt angeordnet sein. Hierdurch kann das Segment 28 in Summe genauso viel Magnetmasse aufweisen wie das wenigstens eine angrenzende Segment, wodurch trotz des Bereitstellens der geometrischen Markierung 22 der Permanentmagnet 16 besonders viel Magnetmasse aufweist. Die Markierung 22 wird somit bei der in Fig. 2 gezeigten Ausgestaltung durch eine geometrische Stufe bereitgestellt. Diese geometrisch ausgestaltete Markierung 22 kann besonders gut mittels eines Tasters der Erfassungseinrichtung mechanisch erfasst werden. Der Taster kann insbesondere an einer Greifvorrichtung der Einbaueinrichtung angeordnet sein, wodurch mittels des Tasters die Ausrichtung des Permanentmagneten 16 während des Greifens des Permanentmagneten 16 mittels der Greifvorrichtung ermittelt werden kann. Es kann somit mittels der insbesondere automatisierten Greifvorrichtung durch den Taster die Ausrichtung des Permanentmagneten 16 geprüft beziehungsweise eine Lage des Permanentmagneten 16 abgesichert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die geometrische Markierung 22 derart ausgestaltet sein, dass der Permanentmagnet 16 aufgrund seiner Formgebung lediglich lagerichtig in der zugeordneten Ausnehmung 14 des Rotorgrundkörpers 12 eingebaut werden kann.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Markierung 22 durch bereichsweises Anpassen einer Farbgebung des Permanentmagneten 16 bereitgestellt ist. Hierbei ist es vorliegend vorgesehen, dass die Farbgebung des wenigstens einen Segments 24 des ersten Bereichs 18 angepasst ist. Das bedeutet, dass durch die Markierung 22 der erste Bereich 18, welcher die im Vergleich zum zweiten Bereich 20 erhöhte Konzentration an seltenen Erden, insbesondere an schweren seltenen Erden, aufweist, gekennzeichnet ist. Das Bereitstellen der Markierung 22 durch das Anpassen der Farbgebung des Permanentmagneten 16 beziehungsweise der Optik des Permanentmagneten 16 ermöglicht, dass die Markierung 22 mittels einer Kameraeinrichtung der Erfassungseinrichtung optisch erfasst werden kann. Hierfür kann die Markierung 22 insbesondere durch bereichsweises Einfärben eines Materials, aus welchem der Permanentmagnet 16 hergestellt ist, beispielsweise durch Einfärben wenigstens eines Segments 24, bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Markierung 22 durch zumindest bereichsweises Beschichten eines Grundkörpers des Permanentmagneten 16, insbesondere durch Beschichten des wenigstens einen dem ersten Bereich 18 zugeordneten Segments 24, und/oder durch bereichsweises Erzeugen einer Passivierschicht des Permanentmagneten 16 hergestellt werden. Hierbei kann insbesondere zumindest eines der Segmente 24, insbesondere wenigstens eines der dem ersten Bereich 18 zugeordneten Segmente 24, für das Herstellen der Markierung 22 mit der Passivierschicht versehen werden.
Für das Gewährleisten des lagerichtigen Verbaus der jeweiligen Permanentmagneten 16 in dem Rotorgrundkörper 12 und somit für das Bereitstellen der jeweiligen Markierung 22 kann zumindest ein Bereich des jeweiligen Permanentmagneten 16 optisch und/oder geometrisch hervorgehoben werden, was einen besonders einfachen lagerichtigen Verbau des jeweiligen Permanentmagneten 16 ermöglicht. Bei dem Vorsehen der geometrischen Markierung 22, beispielsweise durch ein Einkürzen, insbesondere ein geringfügiges Einkürzen, eines der Segmente 24 des aus mehreren Segmenten 24 zusammengesetzten Permanentmagneten 16 kann dieses eingekürzte Segment 28 bei einer automatisierten Montage, insbesondere mittels des Tasters, abgefragt werden.
Die optische Markierung 22 kann mittels der Kameraeinrichtung bei der automatisierten Montage als Absicherungsmerkmal herangezogen werden. Die Farbgebung des Permanentmagneten 16 kann über eine triviale Färbung, durch gezielte Einflussnahme beim Erzeugen einer Passivierschicht oder durch Aufbringung einer Beschichtung, insbesondere einer gefärbten Beschichtung, insbesondere einer Epoxidbeschichtung, angepasst werden. Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine Kosten-/Funktionsoptimierung von Magneten, insbesondere der Permanentmagneten 16, durch Einsatz von Magnet-Materialkombinationen mit Poka Yoke umgesetzt werden kann.
Bezugszeichenliste
10 Rotor 12 Rotorgrundkörper
14 Ausnehmung
16 Permanentmagnet
18 erster Bereich
20 zweiter Bereich 22 Markierung
24 Segment
26 Stapelrichtung
28 Segment
30 Seitenrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Permanentmagnet (16) für einen Rotor (10) einer elektrischen Traktionsmaschine, welcher in unterschiedlichen Bereichen (18, 20) eine unterschiedlich hohe Konzentration an seltenen Erden aufweist, mit einer von einer Erfassungseinrichtung auslesbaren Markierung (22), anhand welcher die Erfassungseinrichtung eine Ausrichtung des Permanentmagneten (16) eindeutig bestimmen kann, wodurch mittels einer Einbaueinrichtung auf Basis der ermittelten Ausrichtung des Permanentmagneten (16) der Permanentmagnet (16) in einer definierten Einbauposition, welche in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche (18, 20) unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten (16) vorgegeben ist, in eine Ausnehmung (14) eines Rotorgrundkörpers (12) des Rotors (10) eingebaut werden kann.
2. Permanentmagnet (16) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (22) durch bereichsweises Anpassen einer Farbgebung des Permanentmagneten (16) bereitgestellt ist.
3. Permanentmagnet (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (22) durch bereichsweises Einfärben eines Materials, aus welchem der Permanentmagnet (16) hergestellt ist, und/oder zumindest bereichsweises Beschichten eines Grundkörpers des Permanentmagneten (16) und/oder durch bereichsweises Erzeugen einer Passivierschicht des Permanentmagneten (16) bereitgestellt ist.
4. Permanentmagnet (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (16) mehrere in einer Stapelrichtung (26) aufeinander gestapelte Segmente (24) umfasst, von welchen ein Segment (28) in einer senkrecht zur Stapelrichtung (26) verlaufenden Seitenrichtung (30) über sämtliche angrenzende Segmente (24) übersteht und/oder hinter sämtlichen angrenzenden Segmenten (24) zurückbleibt.
5. Permanentmagnet (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierung (22) in einem Bereich (18) des Permanentmagneten (16) angeordnet ist, in welchem eine Konzentration an schweren seltenen Erden höher ist als in wenigstens einem weiteren Bereich (20) des Permanentmagneten (16).
6. Verfahren zum Montieren eines Rotors (10) für eine elektrische Traktionsmaschine, bei welchem eine Ausrichtung wenigstens eines Permanentmagneten (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels einer Erfassungseinrichtung anhand der Markierung (22) bestimmt wird und der Permanentmagnet (16) mittels einer Einbaueinrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Ausrichtung in einer definierten Einbauposition, welche in Abhängigkeit von einer Anordnung der Bereiche (18, 20) unterschiedlicher Konzentration an seltenen Erden in dem Permanentmagneten (16) vorgegeben ist, in eine Ausnehmung (14) eines Rotorgrundkörpers (12) des Rotors (10) eingesteckt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Kameraeinrichtung der Erfassungseinrichtung die Markierung (22) optisch und/oder mittels eines Tasters und/oder einer Maske der Erfassungseinrichtung die Markierung (22) mechanisch erfasst wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Taster an einer Greifvorrichtung der Einbaueinrichtung angeordnet ist, wodurch mittels des Tasters die Ausrichtung des Permanentmagneten (16) beim Greifen des Permanentmagneten (16) mittels der Greifvorrichtung ermittelt wird.
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