Деталь конструктора
Предлагаемое изобретение относится к элементам, которые требуется соединять друг с другом. Согласно заявленного технического решения может быть осуществлено крепление любых поверхностей многогранников с аналогичными поверхностями с таким же расположением магнитов и/или ферромагнетиков. Деталь конструктора выполнена в форме многогранника, содержащая магниты и/или ферромагнетики, закрепленные на грани многогранника с возможностью его соединения с другой аналогичной по размещению магнитов и/или ферромагнетиков поверхностью другого многогранника, отличающаяся тем, что магниты и/или ферромагнетики размещаются в полостях чехлов многогранников, образованных на ребрах многогранника, где могут свободно перемещаться и вращаться, обеспечивая возможность стыковки одного многогранника с другим многогранником, при этом размещение магнитов и/или ферромагнетиков осуществляется согласно следующему алгоритму: получают округленное частное от деления длины ребра на длину типового размера длины ребра, разбиение длины ребра на количество частей, равное округленному частному, нахождение центра каждого полученного отрезка и отступление влево и вправо на расстояние, большее двойного размера магнита, но меньшее половины типового размера длины ребра, чехол выполнен из материала, пропускающего магнитное поле. Магниты и/или ферромагнетики имеют любую форму, в том числе шара, цилиндра, квадрата, параллелепипеда с квадратным сечением и любое другое. Магниты могут быть ферритовыми или неодимовыми. Техническим результатом является надежное скрепление двух граней многогранников за счет заявленного принципа размещения магнитов и/или ферромагнетиков. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
Предлагаемое изобретение относится к элементам, которые требуется соединять друг с другом. Согласно заявленного технического решения может быть осуществлено крепление любых поверхностей многогранников с аналогичными поверхностями с таким же расположением магнитов.
Из уровня техники известен игровой конструктор (патент на полезную модель RU 159548, опубл. 10.02.2016, Бюл. № 4), включающий мягкий блок игрового конструктора, характеризующийся тем, что он выполнен в форме призмы, содержит неодимовые магниты, закрепленные на боковой грани мягкого блока с возможностью его состыковки с другим аналогичным блоком. Неодимовые магниты положительной полярности располагаются на одной диагонали грани призмы, а неодимовые магниты отрицательной полярности - на другой диагонали грани призмы, при этом расстояние между неодимовыми магнитами и от неодимовых магнитов до ребер призмы одинаковое. Недостатком данной конструкции является то, что блоки не могут быть соединены между собой по ребру грани призмы, допускается только соединение через грань призмы.
Наиболее близкой по технической сущности является деталь конструктора (RU 193528, опубл. 31.10.2019 Бюл. № 31), которая выполнена в форме многогранника, содержит магниты, закрепленные на грани многогранника с возможностью его состыковки с другой аналогичной деталью, каждая грань многоугольника содержит, по меньшей мере, два магнита различной намагниченности, при этом центр магнита положительной намагниченности и центр магнита отрицательной намагниченности располагаются на линии, параллельной грани многогранника и равноудаленно относительно перпендикуляра к его ребру, построенного через центр грани. Недостатком данного технического решения является крепление деталей через грани, из-за чего создание трехмерных конструкций возможно только при использовании как минимум трех элементов, а также при размещении магнитов требуется соблюдение полярности.
Заявленное изобретение решает задачу крепления двух геометрических тел в форме многогранника при помощи магнитов, размещенных на ребрах многогранника определенным образом.
Данная задача решается тем, что деталь конструктора выполнена в форме многогранника, содержащая магниты и/или ферромагнетики, закрепленные на грани многогранника с возможностью его соединения с другой аналогичной по размещению магнитов и/или ферромагнетиков поверхностью другого многогранника, отличающаяся тем, что магниты и/или ферромагнетики размещаются в полостях чехлов многогранников, образованных на ребрах многогранника, где могут свободно перемещаться и вращаться, обеспечивая возможность стыковки одного многогранника с другим многогранником, при этом размещение магнитов и/или ферромагнетиков осуществляется согласно следующему алгоритму: получают округленное частное от деления длины ребра на длину типового размера длины ребра, разбиение длины ребра на количество частей равное округленному частному, нахождение центра каждого полученного отрезка и отступление влево и вправо на расстояние большее двойного размера магнита, но меньшее половины типового размера длины ребра, чехол выполнен из материала, пропускающего магнитное поле. Магниты и/или ферромагнетики имеют любую форму, в том числе шара, цилиндра, квадрата, параллелепипеда с квадратным сечением и любое другое. Магниты могут быть ферритовыми или неодимовыми.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность соединения поверхностей одного многогранника с другой аналогичной по размещению магнитов поверхностью другого многогранника при любом их взаимном расположении, за счет одинакового расстояния между магнитами и/или ферромагнетиков на ребрах каждого многогранника. Также заявленным изобретением достигается надежное скрепление двух граней многогранников за счет заявленного принципа размещения магнитов и/или ферромагнетиков.
Техническое решение относится к игрушкам, в частности к строительным крупногабаритным конструкторам, и может использоваться в любой сфере деятельности, где требуется соединение различных элементов в форме многогранника.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - общий вид детали в разрезе;
на фиг. 2-3 - увеличенный вид на полость с магнитом;
на фиг.4-5 - вид детали в разрезе с параметрами для расчета расположения магнитов;
на фиг.6 - принцип размещения магнита и ферромагнетика;
на фиг.7 - стыковка деталей через одно ребро грани;
на фиг.8 - стыковка деталей через два ребра грани.
Заявленное изобретение раскрывает крепление двух многогранников при помощи магнитов и/или ферромагнетиков, размещенных на ребрах многогранника.
Ребро 1 многогранника представляет собой отрезок, т.е. часть прямой, ограниченной двумя точками. Магниты и/или ферромагнетики 2 в количестве от 1 до N (где N - натуральное число) размещаются в заранее заданном порядке (в определенной последовательности) по всей длине отрезка.
Внешняя граница многогранника представляет собой чехол 3 из эластичного прочного и безопасного материала, пропускающего магнитное поле, как например смесовые ткани (ПВХ, ПУ), хлопок, полиэстер и подобные материалы. Чехол может быть многослойным, например, внешний слой выполнен из искусственной кожи, слой холлкона, слой спанбонда, прослойка из холлкона разглаживает внешний слой.
Внутренний наполнитель 4 - эластичный и прочный материал, например, ЭППУ, полиэфирное волокно, вспененный полиэтилен, вспененная резина, поролон вторичного вспенивания, эвапласт, пенолон и подобные материалы. В качестве наполнителя допускается использование легких набивных материалов из полиэфирного волокна, как синтепон, синтешар, холлкон, холлофайбер, асселекс. В качестве наполнителя также допускается комбинирование нескольких видов материалов, например, ЭППУ + холлкон, в этом случае у деталей получается более изящный внешний вид, получаются полноценные диванные подушки, слой холлкона придает внешнему чехлу дутость и разглаживает внешний чехол, а слой ЭППУ удерживает форму.
Магниты и/или ферромагнетики 2 размещаются в технологических полостях 5 чехлов, где могут свободно перемещаться и вращаться внутри полости 5 и обеспечивают возможность стыковки одного мягкого блока с другим аналогичным блоком за счет самопозиционирования магнита и/или ферромагнетика при приближении другого магнита и/или ферромагнетика. Если используется пара магнит и ферромагнетик (материал, обладающий магнитной восприимчивостью более 1), то при приближении магнита к ферромагнетику в ферромагнетике индуцируется магнитное поле и происходит притяжение магнита к ферромагнетику.
Магниты и/или ферромагнетики могут иметь произвольную форму, например, форму шара, цилиндра с диаметральной намагниченностью, а также в форме квадрата и параллелепипеда с квадратным сечением. Магниты могут быть как ферритовые, так и неодимовые. На практике наилучшие характеристики демонстрируют неодимовые магниты.
Два многогранника образуют соединение посредством магнитной сцепки в том случае, если длина ребра первого многогранника равна длине ребра второго многогранника и выполнено одно из следующих условий размещения магнитов на ребрах:
1. Магниты и/или ферромагнетики на ребрах размещены зеркально относительно друг друга.
2. Магнит и/или ферромагнетик размещен в центре ребра.
3. Магниты и/или ферромагнетики размещены симметрично относительно центра ребра первого многогранника и аналогичным образом размещены магниты и/или ферромагнетики на ребре второго многогранника.
Возможны комбинации указанных выше условий:
- Магнитные пары могут быть размещены в вершинах отрезка.
- Магниты и/или ферромагнетики на ребрах размещены зеркально относительно друг друга и симметрично относительно центра отрезка.
- Магнит и/или ферромагнетик расположен в центре ребра и произвольное число магнитных пар относительно центра ребра.
- Магниты и/или ферромагнетики становятся своего рода «дверными петлями», а ребро первого многогранника и совмещенное с ней ребро второго многогранника вместе образуют ось вращения первого многогранника относительно второго многогранника и наоборот.
Магниты и/или ферромагнетики не обязательно должны размещаться на каждом ребре многогранника. Для каждого ребра многогранника допустимы различные комбинации схем размещения магнитов и/или ферромагнетиков. Однако ребра двух многогранников будут сцепляться между собой только при условии одинаковой схемы размещения магнитов и/или ферромагнетиков.
Если описать вокруг магнита и/или ферромагнетика 2 параллелепипед, получаем три размерности описанного вокруг магнита и/или ферромагнетика параллелепипеда ml - наибольший линейный размер (длина описанного параллелепипеда), ms - второй по величине линейный размер (ширина описанного параллелепипеда). Минимальный размер полости 5 в длину должен быть больше 1,5×ml, где ml - наибольший линейный размер магнита и/или ферромагнетика. Минимальный размер полости 5 в глубину и ширину должен быть больше 1,5×ms, где ms - второй по величине линейный размер магнита и/или ферромагнетика (фиг.3).
Полость 5 чехла 3 может быть обращена как наружу чехла, внутрь чехла, так и быть на границе чехла. Преимущества обращения полости наружу - дети видят места соединений деталей и быстрее осваивают возможности конструктора. Преимущества полости, обращенной вглубь чехла, - изящный внешний вид деталей конструктора.
Полость 5 чехла 3 изготавливается из эластичного прочного и безопасного тканного или нетканого материала, как например, смесовые ткани (ПВХ, ПУ), искусственная или натуральная кожа, флок, рогожка, хлопок, полиэстер, спанбонд. Основное требование к материалу полости: способность пропускать магнитную силу, наилучшие показатели у ткани ПУ, хлопка, спанбонда. Если полость чехла обращена внутрь, то в качестве основного чехла рекомендуется использовать материал способный пропускать магнитную силу.
Стыковка двух деталей обеспечивается благодаря единой схеме размещения магнитов и/или ферромагнетиков на ребрах грани многогранника и самопозиционированию магнитов и/или ферромагнетиков внутри полости при соприкосновении ребер граней двух многогранников.
Ребро многогранника представляет собой отрезок, т.е. часть прямой, ограниченной двумя точками, h - толщина многогранника, w - базовый типоразмер берется из практических соображений (при w=40 см детали конструктора интересны для детей до 5 лет, детям более старшего возраста интересны детали с типоразмером 50 см и 60 см, s - расстояние от центра ребра многогранника до магнита и/или ферромагнетика (s < w/2) (фиг.4). Длина L ребра многогранника равна k×w, где k≥1 (частные значения k=1 у призмы основанием которой является квадрат c длинами граней w или у призмы, основанием которой является равносторонний треугольник, k=√2 у призмы, основанием которой является равнобедренный прямоугольный треугольник, где длины катетов равны w, а гипотенуза равна √2w, k=2 у призмы, основанием которой является прямоугольник, где длина прямоугольника равна 2w, а ширина равна w, k=√5 у призмы, основанием которой является прямоугольный треугольник, у которого длина одного катета равна w, а длина другого катета равна 2w, а длина гипотенузы равна √5w).
При значениях w≤10 см конструктор развивает у детей мелкую моторику. При значениях w>10 см, в частности более 40 см, детали конструктора представляют собой крупные блоки и конструктор развивает у детей общую моторику, дети могут строить конструкции в свой полный рост, создавать домики, шалаши, убежища.
При значениях w>10 см желательно применять наполнитель из эластичного вспененного полимерного материала, который быстро восстанавливает форму в случае деформации.
Из практических соображений размеры h, s, w, L в метрической системе измерения округляются до 0,5 см, в английской и американской системе измерения до 0,25 дюйма.
Необходимым и достаточным условием соединения двух деталей является единая схема размещения магнитов и/или ферромагнетиков на ребрах деталей согласно алгоритму:
1. Разделить L на w с округлением до ближайшего меньшего целого q (q - неполное частное от деления L на w с остатком).
2. Разбить L на q равных частей, каждое длиной l (l = L/q).
3. На отрезке l найти центр lc.
4. Отступить от центра lc влево и вправо расстояние s (где m×2 < s < w/2, m - размер наибольшей части магнита и/или ферромагнетика), обозначить в этих местах точки размещения магнита и/или ферромагнетика.
Фиг. 5 демонстрирует пример размещения магнитов, где деталь конструктора представляет собой прямоугольный треугольник, с катетами w и 2w и гипотенузой √5w (гипотенуза считается по теореме Пифагора √5w = √ ((2w)×(2w)+w×w)).
Допустим w=50 см, тогда катет 2w = 100 см, а гипотенуза √5w = 112 см. Задаем значение s = 15 см, m=2 см. На катете w=50 см располагается 2 магнита. На катете 2w=100 см располагается 4 магнита (для вычисления мест расположения магнитов необходимо воспользоваться алгоритмом, приведенным выше):
1. Разделить 2w (100 см) на w (50 см) с округлением до ближайшего меньшего целого q (в данном случает q = 2w/w = 100/50=2 (2w (100) делится на w (50) без остатка).
2. Разбить отрезок 2w (100 см) на q=2 равные части, каждое длиной l=50 см (l = 2w/2=w=50 см).
3. На отрезке l найти центр lc (25 см).
4. Отступить от центра lc влево и вправо на расстояние s =15 см (m×2 < s < w/2, 4 < 10 < 25), обозначить в этих местах точки размещения магнитов.
На гипотенузе √5w = 112 см располагается 4 магнита, для вычисления мест расположения магнитов необходимо воспользоваться алгоритмом, приведенным выше:
1. Разделить √5w (112 см) на w (50 см) с округлением до ближайшего меньшего целого q (в данном случает q = √5w/w = 112/50 = 2 (√5w делится на w с остатком).
2. Разбить отрезок √5w (112 см) на q=2 равные части, каждое длиной l=56 см (l = √5w/2=(√5/2)w = 56 см).
3. На отрезке l найти центр lc (56/2 = 28 см).
4. Отступить от центра lc влево и вправо расстояние s = 15 см (4 <15 <50/2, m - размер наибольшей части магнита), обозначить в этих местах точки размещения магнитов.
Если используется пара магнит (M) и металл-ферромагнетик (F), то размещение магнита и металла-ферромагнетика должно подчиняться правилу: на противоположных ребрах одной грани магниты должны быть расположены парами магнит - ферромагнетик, каждому магниту на одном ребре противопоставляется ферромагнетик на другом ребре (фиг.6).
Заявленное техническое решение может применяться в деталях конструктора, которые имеют геометрические тела, являющиеся зеркальным отражением друг друга и/или имеющие одну или несколько осей симметрии, например, многогранник (параллелепипед, квадрат, треугольная призма), полуцилиндр, цилиндр.
Количество N магнитов и/или ферромагнетиков и их сила на гранях подбираются практическим путем и должны быть такими, чтобы при соприкосновении поверхностей деталей первая деталь удерживала вторую деталь и наоборот.
1. Деталь конструктора, выполненная в форме многогранника, содержащая магниты и/или ферромагнетики, закрепленные на грани многогранника с возможностью его соединения с другой аналогичной по размещению магнитов и/или ферромагнетиков поверхностью другого многогранника, отличающаяся тем, что магниты и/или ферромагнетики размещаются в полостях чехлов многогранников, образованных на ребрах многогранника, где могут свободно перемещаться и вращаться, обеспечивая возможность стыковки одного многогранника с другим многогранником, при этом размещение магнитов и/или ферромагнетиков осуществляется согласно следующему алгоритму: получают округленное до меньшего целого числа частное от деления длины ребра на длину наименьшего ребра многогранника, разбиение длины ребра на количество частей, равное округленному частному, нахождение центра каждого полученного отрезка и отступление влево и вправо на расстояние, большее двойного размера магнита, но меньшее половины длины наименьшего ребра многогранника, чехол выполнен из материала, пропускающего магнитное поле.
2. Деталь конструктора по п. 1, отличающаяся тем, что магниты и/или ферромагнетики имеют любую форму, в том числе шара, цилиндра, квадрата, параллелепипеда с квадратным сечением и любое другое.
3. Деталь конструктора по п. 1, отличающаяся тем, что магниты могут быть ферритовыми или неодимовыми.
