Головоломка с магнитной системой (варианты)

Изобретение головоломки с магнитной системой относится к игровым устройствам, предназначено для умственного саморазвлечения человека и может быть использовано для производства интеллектуальных игр. В первом варианте исполнения головоломка с магнитной системой состоит из восьми элементов сферической формы одинакового диаметра, содержащих магниты вблизи своих поверхностей для удерживания магнитной системы, при этом каждый элемент сферической формы представляет собой шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся под поверхностью каждого шара постоянные магниты, жестко удерживаемые внутри шаров материалом каждого шара, при этом внутри каждого шара расположены шесть базовых магнитов в концах трех взаимно перпендикулярных диаметров каждого шара, а каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из трех взаимно перпендикулярных диаметрах шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого шара таковы, что все базовые магниты каждого шара направлены внутрь этого шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты. Во втором варианте исполнения каждый элемент сферической формы представляет собой усечённый шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся внутри каждого усечённого шара постоянные магниты, жестко удерживаемые внутри шаров материалом каждого шара, при этом внутри каждого усечённого шара расположены шесть базовых магнитов в концах трех взаимно перпендикулярных диаметров каждого усечённого шара, а каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из трех взаимно перпендикулярных диаметрах усечённого шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого усечённого шара таковы, что все базовые магниты каждого усечённого шара направлены внутрь этого усечённого шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого усечённого шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты, при этом ориентация меридиональных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого меридионального магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усечённого шара. В двух вариантах вокруг каждого базового магнита на одинаковом расстоянии между ближайшими к базовым меридиональным магнитам расположено по четыре дополнительных магнита, причём ориентация дополнительных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого дополнительного магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усечённого шара, а полярность каждого дополнительного магнита совпадает с полярностью ближайшего к нему базового магнита. Головоломка с магнитной системой может иметь внутри каждого полного шара или внутри каждого усеченного шара между каждыми из соседних базовых магнитов по три меридиональных магнита. Обеспечивается расширение арсенала средств. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Заявляемое изобретение головоломки с магнитной системой относится к игровым устройствам, предназначено для умственного саморазвлечения человека и может быть использовано для производства интеллектуальных игр. Головоломка с магнитной системой может применяться на практике с достижением возможности совершать комбинаторные операции в целях развития логического и пространственного мышления человека, а также для развития мелкой моторики рук.

Известен аналог «Головоломка - магнитный конструктор» по патенту РФ на изобретение №2699846 от 02.04.2019 г., опубликованному 11.09.2019 г., содержащая магнитную систему с функцией магнитного конструктора, состоящая по меньшей мере из одного вида одинаковых элементов - правильных многогранников, число которых равно Q и у каждого из которых m граней, причем каждый элемент несет на своих гранях магнитную систему, представляющую собой k одинаковых аксиально намагниченных дисков разной полярности, углубленных и закрепленных по одному в центре грани, параллельно ее поверхности, при этом центры двух граней разной полярности, принадлежащих разным элементам, выполнены с возможностью притягиваются друг к другу с образованием пары механически прочно связанных элементов, причем эта пара выполнена с возможностью независимого вращения вокруг оси связи, проходящей через центр магнитного диска перпендикулярно поверхности грани элемента, и тем самым при вращении менять набор знаков полярности на своих открытых для связи с другими элементами гранях, лежащими в выбранной плоскости, при этом магнитная система выполнена с возможностью взаимного перемещения многогранников.

Общими признаками аналога с заявляемым техническим решением являются: наличие внутри каждого элемента головоломки, состоящей по крайней мере из одного вида одинаковых элементов, магнитной системы с функцией магнитного конструктора. Данный аналог и заявляемая головоломка оба состоят из по крайней мере одного вида элементов, содержащих магниты вблизи своих поверхностей. В обоих случаях эти магниты в статике (не в процессе взаимодействия человека с головоломкой) удерживают элементы взаимно неподвижно, не позволяя головоломкам распасться на части

Недостатком конструкции аналога по патенту РФ на изобретение №2699846 является относительно высокая сложность производства головоломки-аналога, а также недостаточно высокие эргономические характеристики ее использования.

Отличием от аналога по патенту РФ на изобретение №2699846 является то, что заявляемая головоломка состоит из элементов сферической формы, а не из правильных многогранников как в аналоге. Таким образом, существенно отличается форма активных элементов головоломки, что предопределяет особенности использования каждого из изделий.

В процессе применения заявляемая головоломка предполагает сохранение взаиморасположения элементов в процессе игры, в отличие от запатентованного варианта аналога, предполагающего сборку новых фигур за счет перемещения групп элементов. Преимуществом в использовании заявляемой головоломки является то, что заявляемая головоломка позволяет игроку одновременно вращать четыре касающиеся друг друга элементов вокруг параллельных, но не совпадающих осей. При этом вращение этих элементов не является независимым, и поворот одного элемента однозначно определяет повороты остальных трех. Это увеличивает интерес потребителя при игре к процессу поворотов по сравнению с тем, что есть в запатентованной головоломке по патенту РФ на изобретение №2699846, где отсутствует взаимосвязанная магнитная система, обеспечивающая зависимость одновременных поворотов элементов вокруг разных осей.

Известна головоломка с вращающимися сферами (ПРОТОТИП) по патенту США №US6386540B1, выданному по заявке №US0215248W, опубликованному 07.11.2002 г., состоящая из множества перекрывающихся сферических фигур, каждая из которых может вращаться вокруг трех взаимно ортогональных осей с центром в качестве точки поворота, и каждая из которых содержит основание и множество частей, которые симметрично распределены по периферии основания, причем части являются общими с соседними фигурами и могут быть перемещены в соответствующие положения на других сферических фигурах, включая области перекрытия, путем последовательного поворота фигур с заданными угловыми приращениями, при этом сферические фигуры образуют трехмерную матрицу сферических фигур и удерживаются кожухом, который имеет множество отверстий, позволяющих вращать сферические фигуры с помощью специального ключа.

Рассмотрим подробнее признаки прототипа. Головоломка по патенту США №US6386540B1, содержащая множество по существу сферических фигур одинакового размера, расположенных так, чтобы образовывать трехмерную матрицу сферических фигур вдоль трех ортогональных осей X, Y и Z, причем указанные сферические фигуры расположены на равном расстоянии друг от друга, между собой и внахлест с образованием зон общего пересечения, а каждая из упомянутых сферических фигур, дополнительно содержащая основание и множество деталей на периферии упомянутого основания, при этом упомянутое основание имеет множество выемок на периферии, упомянутые выемки симметрично расположены вокруг центра упомянутого основания, при этом каждая из упомянутых сферических фигур, имеющая три ортогональные оси A, B и C, которые параллельны ортогональным осям X, Y и Z соответственно и проходят через центр соответствующей одной из сферических фигур, причем каждая из сферических фигур может вращаться вокруг упомянутых ортогональных осей A, B и C. Кожух или корпус, окружающий и заключающий указанную матрицу сферических фигур, имеет стенки, которые по существу ограничивают любое перемещение указанных сферических фигур, причем указанные стенки позволяют вращать каждую из указанных сферических фигур вокруг ортогональных осей A, B и C, также кожух включает средство направления сферических фигур для вращения.

В заявляемом решении также присутствуют вращающиеся сферические фигуры, однако их вращения в процессе игры оказываются связанными посредством магнитных полей.

Общими признаками прототипа по патенту США №US6386540B1 с заявляемым техническим решением являются следующие:

наличие восьми сфер одного диаметра;

сферы образуют матрицу 2х2х2;

каждая сфера может поворачиваться только по трем направлениям, ортогональным друг другу и параллельным ребрам образуемой кубической структуры.

Недостатками прототипа является то, что для конструирования головоломки-прототипа необходим дополнительный внешний кожух, а также возможно в применении отдельное вращение сфер, при этом наблюдается недостаточный обзор состояния внутренних общих элементов сфер, доступ игрока к которым отсутствует, и как следствие, возможность как заклинивания элементов внутри кожуха, так и рассогласование частей головоломки при ее использовании.

Данные недостатки преодолены в заявляемом техническом решении.

Отличиями заявляемого технического решения от прототипа по патенту США №US6386540B1 являются следующие признаки:

1) в заявляемом решении из-за использования магнитного взаимодействия отпадает необходимость во внешнем кожухе, сдерживающем элементы конструкции между собой;

2) из-за магнитного взаимодействия заявляемое решение задействует в каждом повороте четыре сферы и не допускает независимого вращения никакой отдельно взятой сферы, а это на практике при использовании стимулирует игрока воспринимать предлагаемую головоломку целиком, а не как набор отдельных сфер, допускающий решение в виде последовательности независимых вращений;

3) из-за отсутствия в заявляемом решении перемещаемых механических деталей в виде пересечения сфер исчезает вероятность заклинивания заявляемой головоломки;

4) полное состояние заявляемой головоломки очевидно с точки зрения внешнего наблюдателя, в то время как в запатентованном решении элементы, находящиеся между сферами скрыты самими сферами, поэтому в заявляемом решении это избавляет игрока от лишних действий по уточнению положения и ориентации элементов при сборке головоломки;

5) в заявляемом решении из-за взаимодействия магнитов каждый шар имеет конечное число стабильных положений относительно остальных шаров, а именно если при использовании игрок немного недовернет какие-то четыре шара, то под воздействием магнитных полей они сами провернуться до конца, что позволит игроку собирать головоломку, не тратя дополнительное время на устранение небольших рассогласованностей частей;

6) заявляемое техническое решение разработано и может быть реализовано в двух вариантах одинакового назначения, обеспечивающим получение одного и того же технического результата, варианты отличаются как с точки зрения расположения магнитной системы внутри головоломки, так и с точки зрения более удобного в производстве расположения магнитной системы по второму варианту, со вставленными в усечения каждого шара магнитами, которые видны снаружи.

Следует отметить, что в применении головоломки на практике очень важное значение имеет плавность хода поворачиваемых элементов. В случае магнитного принципа работы устройства действует правило, что чем больше магнитов задействовано в работе, тем более плавный ход получается у игры, в то время как в случае более дискретного, редкого, расположения магнитов при игре получается менее плавный ход. Этот фактор хорошо виден при анализе аналога и прототипа, которые в данном аспекте с точки зрения плавности хода игры не очень соответствуют современным требованиям к простой для потребителя и комфортной игрушке.

При исследовании уровня развития техники не выявлены решения, тождественные заявляемому решению. Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники. Совокупность заявляемых признаков обеспечивает достижение основной задачи изобретения - повышение эффективности применения головоломки с магнитной системой.

Заявляемое техническое решение позволяет придать универсальность задаче промышленного изготовления головоломки, а его применение позволяет осуществлять работу головоломки оптимальным образом.

Цель разработки заявляемого технического решения головоломки с магнитной системой - расширение функциональных возможностей применения, в частности, удобства использования человеком и повышения игровых характеристик.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение арсенала технических средств при производстве головоломки, а также преодоление отмеченных в уровне техники недостаточно высоких эргономических характеристик, состоящих в недостаточности обзора состояния сфер внутри головоломки, возможности заклинивания элементов и рассогласования частей головоломки, недостаточно плавного хода перемещаемых элементов. Заявляемое изобретение разработано для того, чтобы решить вышеуказанные проблемы и повысить эффективность работы устройства, увеличить удобство и расширить диапазон применения.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в создании головоломки с магнитной системой оптимальных параметров и такой конструкции, которая бы расширяла сферу использования устройства, была более удобна в изготовлении и в эксплуатации.

Техническим результатом заявляемого изобретения является, прежде всего, реализация совокупности технических элементов конструкции, позволяющих расширить арсенал технических средств и увеличить технологическую связанность элементов головоломки между собой, что повышает эффективность работы устройства и обеспечивает удобство эксплуатации. Общим техническим результатом является достижение технологической связанности элементов головоломки между собой с проявлением плавности их взаимодействия, это касается обоих вариантов. Дополнительным техническим результатом является упрощение производственных усилий при изготовлении головоломки во втором варианте со «вставными» магнитами, когда каждый магнит вставлен в отведенное ему место каждого шара не внутрь шара, а в углубление сегментарного усечения на шаре.

Таким образом, вариант 1 описывает структуру из полных шаров с базовыми и меридиональными магнитами и с добавленными к базовым и меридиональным магнитам дополнительными магнитами, все магниты находятся под поверхностью всех шаров. Вариант 2 описывает такую же структуру магнитов, как и первый вариант (базовые и меридиональные магниты плюс дополнительные магниты), но для усеченных шаров, когда все магниты вставлены в соответствующие отверстия в центре круга усечения в усеченных шарах и видны снаружи - что не влияет на потребительские качества игрового устройства. С точки зрения конечного потребителя оба варианта будут работать одинаково хорошо с возможными небольшими вариациями плавности хода, на которую влияет наличие дополнительных магнитов и усечений.

Следует отметить, что для обоих вариантов заявляемого технического решения как назначения, так и технические результаты совпадают.

Сущность изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточной для реализации его назначения.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что в первом варианте исполнения головоломка с магнитной системой состоит из восьми элементов сферической формы одинакового диаметра, содержащих магниты вблизи своих поверхностей для удерживания магнитной системы, не позволяя головоломке распасться на части, причем элементы сферической формы образуют своими центрами кубическую структуру в виде матрицы 2х2х2 и каждая сфера может поворачиваться только по трем направлениям, ортогональным друг другу, при этом каждый элемент сферической формы представляет собой шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала, и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся под поверхностью каждого шара постоянные магниты, жестко зафиксированные внутри шаров материалом каждого шара, без возможности любого независимого движения магнита относительно содержащего его шара, причем все магниты каждого шара расположены на таком расстоянии вблизи его поверхности, что сила магнитного притяжения достаточна для удержания шаров в структуре головоломки, а каждый магнит магнитной системы имеет такую намагниченность, чтобы сила притяжения магнитных полюсов разной полярности двух магнитов разных шаров была достаточна для удержания этих шаров, при этом внутри каждого шара расположены шесть базовых магнитов в концах трех взаимно перпендикулярных диаметров каждого шара, причем каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из трех взаимно перпендикулярных диаметров шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого шара таковы, что все базовые магниты каждого шара направлены внутрь этого шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты, при этом ориентация меридиональных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого меридионального магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит шара, причем меридиональные дуги, соединяющие ближайшие базовые магниты каждого шара, содержат одинаковое нечетное число магнитов, а расположение этих магнитов на дугах симметрично относительно соединяемых этими дугами базовых магнитов и одинаково для всех шаров, причем полярности меридиональных магнитов на каждой меридиональной дуге, соединяющей ближайшие базовые магниты, чередуются так, что ближайшие к базовым магнитам меридиональные магниты имеют противоположную им полярность, при этом число, расположение и ориентация магнитов без учета полярностей одинаковы для всех шаров, а магниты одинакового положения, находящиеся в касающихся друг друга в матрице 2х2х2 шарах, имеют противоположные полярности, при этом каждый шар раскрашен так, что его раскраска позволяет однозначно определить его ориентацию в содержащей его матрице шаров или в дополнение к базовым и меридиональным магнитам дополнительно внутри каждого шара вокруг каждого базового магнита на одинаковом расстоянии между ближайшими к базовому меридиональными магнитами расположено по четыре дополнительных магнита, причем ориентация дополнительных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого дополнительного магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит шара, а полярность каждого дополнительного магнита совпадает с полярностью ближайшего к нему базового магнита.

Во втором варианте исполнения головоломка с магнитной системой состоит из восьми элементов сферической формы одинакового диаметра, содержащих магниты вблизи своих поверхностей для удерживания магнитной системы, не позволяя головоломке распасться на части, причем элементы сферической формы образуют своими центрами кубическую структуру в виде матрицы 2х2х2 и каждая сфера может поворачиваться только по трем направлениям, ортогональным друг другу, при этом каждый элемент сферической формы представляет собой усеченный шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала, и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся внутри каждого усеченного шара постоянные магниты, жестко удерживаемые внутри шаров материалом каждого шара, без возможности любого независимого движения магнита относительно содержащего его шара, причем все магниты каждого усеченного шара расположены на таком расстоянии вблизи его поверхности, что сила магнитного притяжения достаточна для удержания усеченных шаров в структуре головоломки, а каждый магнит магнитной системы имеет такую намагниченность, чтобы сила притяжения магнитных полюсов разной полярности двух магнитов разных усеченных шаров была достаточна для удержания этих усеченных шаров, при этом внутри каждого усеченного шара расположены шесть базовых магнитов в концах трех взаимно перпендикулярных диаметров каждого усеченного шара, причем каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из трех взаимно перпендикулярных диаметров усеченного шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого усеченного шара таковы, что все базовые магниты каждого усеченного шара направлены внутрь этого усеченного шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого усеченного шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты, при этом ориентация меридиональных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого меридионального магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усеченного шара, причем меридиональные дуги, соединяющие ближайшие базовые магниты каждого усеченного шара, содержат одинаковое нечетное число магнитов, а расположение этих магнитов на дугах симметрично относительно соединяемых этими дугами базовых магнитов и одинаково для всех усеченных шаров, причем полярности меридиональных магнитов на каждой меридиональной дуге, соединяющей ближайшие базовые магниты, чередуются так, что ближайшие к базовым магнитам меридиональные магниты имеют противоположную им полярность, при этом число, расположение и ориентация магнитов без учета полярностей одинаковы для всех усеченных шаров, а магниты одинакового положения, принадлежащие касающимся в матрице 2х2х2 усеченным шарам, имеют противоположные полярности, при этом размеры всех усечений всех усеченных шаров одинаковы, и каждый усеченный шар содержит одинаковое число усечений, которое равно числу магнитов, содержащихся в каждом усеченном шаре, причем каждое усечение каждого усеченного шара расположено над одним из магнитов этого усеченного шара так, что радиус этого усеченного шара, проходящих через оба магнитных полюса этого магнита, проходит так же через центр этого усечения, при этом каждый усеченный шар раскрашен так, что его раскраска позволяет однозначно определить его ориентацию в содержащей его матрице усеченных шаров, или в дополнение к базовым и меридиональным магнитам усеченных шаров дополнительно внутри каждого усеченного шара вокруг каждого базового магнита на одинаковом расстоянии между ближайшими к базовому меридиональными магнитами расположено по четыре дополнительных магнита, причем ориентация дополнительных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого дополнительного магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усеченного шара, а полярность каждого дополнительного магнита совпадает с полярностью ближайшего к нему базового магнита.

Головоломка с магнитной системой может иметь внутри каждого шара в вариантах полных шаров или внутри каждого усеченного шара между каждыми из соседних базовых магнитов по три меридиональных магнита.

При этом независимо от наличия дополнительных магнитов и наличия усечений на шарах те четыре шара, базовые магниты которых направлены вовнутрь шаров южными полюсами, называются шарами южного типа, а оставшиеся четыре шара, базовые магниты которых направлены вовнутрь шара северными полюсами, называются шарами северного типа.

Сущность устройства головоломки с магнитной системой поясняется чертежами (Фиг.1-8), эскизами (Фиг.9-10) и фотографией (Фиг.11), на которых изображены:

Фиг.1 - внешний вид головоломки с нанесенными игровыми отметками;

Фиг.2 - общий вид взаимного расположения шаров и магнитов внутри них;

Фиг.3 - схематическое изображение ориентации магнита в шаре;

Фиг.4 - отдельные шары северного и южного типов;

Фиг.5 - сечения шаров северного типа (слева) и южного типа (справа) по экваторам, под которыми расположены магниты;

Фиг.6 - общий вид расположения шаров и дополнительных магнитов внутри них;

Фиг.7 - расположение дополнительных магнитов в шарах северного (слева) и южного (справа) типов;

Фиг.8 - схематическое изображение расположения магнита в усеченном шаре;

Фиг.9 - эскиз внешнего вида собранной головоломки;

Фиг.10 - эскиз внешнего вида головоломки в разобранном состоянии;

Фиг.11 - фотография головоломки.

Позиции чертежей по номерам:

1 - экваторы, под которыми расположены магниты;

2 - базовые магниты;

3 - меридиональные магниты;

4 - шары южного типа;

5 - шары северного типа;

6 - немагнитный материал, удерживающий магниты;

7 - дополнительные магниты;

8 - магнит, находящийся в шаре;

9 - шары, образующие головоломку;

10 - метки на шарах, позволяющие определить их ориентацию.

Заявляемая головоломка представляет собой восемь шаров южного 4 и северного 5 типов одинакового радиуса, выполненных из немагнитного материала 6, содержащих в себе постоянные базовые 2 и меридиональные 3 магниты. Базовые 2 и меридиональные 3 магниты жестко удерживаются внутри шаров южного 4 и северного 5 типов немагнитным материалом 6, без возможности любого независимого движения магнита относительно содержащего его шара. Внутри каждого шара каждый магнит ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном радиусе этого шара. В частности, магниты могут быть цилиндрами с аксиальной намагниченностью, тогда эти цилиндры будут расположены так, что продолжения их осей симметрии будут проходить через центры соответствующих шаров, как это показано на Фиг.3. Все магниты расположены на таком расстоянии от поверхности содержащих их шаров, что любые два магнита, принадлежащие разным шарам, один из которых ориентирован в центр своего шара южный полюсом, а другой - северным, способны удерживать эти шары друг рядом с другом. При этом все магниты каждого шара расположены под тремя экваторами 1 этого шара, принадлежащими трем попарно перпендикулярным экваториальным плоскостям, так, что внешние концы радиусов, которые проходят через полюса магнитов, лежат на этих экваторах. Суммарное число магнитов, размещенных под каждым из этих трех экваторов 1, одинаково для всех экваторов 1 всех шаров южного 4 и северного 5 типов и кратно восьми. Магниты располагаются вдоль экваторов 1 равномерно и так, что по одному базовому магниту 2 находится точно под точками их пересечения, эти магниты 2 являются общими для двух соответствующих экваторов и лежат на концах трех взаимно перпендикулярных диаметров, таких базовых магнитов 2 внутри каждого шара всего шесть. Оставшиеся магниты расположены по меридиональным дугам, соединяющим ближайшие базовые магниты, таких дуг для каждого шара всего 12 и все они содержат одинаковое число меридиональных магнитов.

Таким образом, каждый шар содержит в себе суммарно N=3 × (8×n - 2) базовых 2 и меридиональных 3 магнитов, где n - натуральное число одинаковое для всех шаров.

Полярности базовых 2 и меридиональных 3 магнитов вдоль каждого экватора 1 чередуются, то есть магнит, направленный в центр шара южным полюсом, окружен магнитами, направленными в центр шара северными полюсами и наоборот.При этом, в силу кратности восьми числа магнитов вдоль каждого экватора 1, внутри одного шара все шесть базовых магнитов 2 имеют одинаковую полярность, иными словами либо все шесть базовых магнитов шара направлены в его центр южными полюсами, в этом случае шар называется шаром южного типа 4, либо все шесть базовых магнитов шара направлены в его центр северными полюсами, в этом случае шар называется шаром северного типа 5.

Из восьми шаров четыре имеют южный тип 4 и четыре - северный 5. Восемь шаров размещены в пространстве так, что их центры лежат в вершинах куба, а сами шары касаются друг друга, при этом каждый шар южного типа 4 касается трех шаров северного 5 типа и наоборот.Таким образом получается трехмерная матрица размера 2х2х2 из шаров северного 5 и южного 4 типов. Каждый шар в этой матрице ориентирован так, что все три точки, которыми он касается других шаров являются концами трех взаимно перпендикулярных диаметров, на которых лежат полюса базовых магнитов 2. Следовательно, каждый шар развернут в сторону каждого соседнего шара одним из своих базовых магнитов 2. В силу выбора полярности магнитов и указанного чередования шаров северного и южного типов базовые магниты 2 любых двух касающихся шаров притягиваются, сохраняя взаиморасположение шаров. На каждом шаре нанесена разметка, позволяющая однозначно по внешнему виду определить его ориентацию в матрице шаров. Одним из простых вариантов такой разметки является цветовая разметка каждого шара, показанная на эскизах Фиг.9-10, использующая шесть различных цветов, метки с которыми нанесены там, где под поверхностью находятся базовые магниты.

Принцип работы головоломки как игрового устройства заключается в следующем. Игрок берет в руки описанную выше матрицу из восьми шаров и последовательными совместными поворотами шаров запутывает их ориентации, а после пытается восстановить исходные ориентации всех восьми шаров друг относительно друга, основываясь на нанесенной на шары разметке - подобно тому, как играют в кубик Рубика. Особенностью игры является то, что в силу расположения базовых 2 и меридиональных 3 магнитов, не совершая механической работы против магнитных сил, игрок может только провернуть одновременно четыре шара, находящиеся на одной стороне матрицы из шаров. Причем каждый шар из четырех поворачивается вокруг своей оси, совпадающей с тем его диаметром, который перпендикулярен плоскости, в которой лежат центры поворачиваемых шаров. Таким образом во время совместного поворота четырех шаров их оси вращения сонаправлены, направления же поворотов чередуются, то есть если один из шаров поворачивается по часовой стрелке, то соседние с ним - против, при этом абсолютные угловые величины поворотов всех четырех шаров совпадают в каждый момент времени в течение всего совместного поворота. Игроку необходимо повернуть все четыре шара, участвующие в совместном повороте, на угол кратный 90 градусам, иначе дальнейшее участие этих шаров в других совместных поворотах не будет возможным без разрыва магнитных связей. Такое поведение головоломки достигается за счет расположения и ориентации магнитов внутри шаров. А именно, магнитная связь между каждым шаром, участвующем в совместном повороте, и соседним с ним стационарным шаром, образуемая их базовыми магнитами, обеспечивает неподвижность оси поворота этого шара относительно всей матрицы шаров, в то же время меридиональные магниты шаров, участвующих в совместном повороте, расположенные вдоль экваторов, перпендикулярных осям этого совместного поворота, выполняют роль зубьев шестерней, связывающих вращения этих шаров между собой.

В целях небольшого улучшения удобства эксплуатации головоломки в нее можно добавить дополнительные магниты 7 в общем количестве 192 штук, по 24 на каждый шар. В каждом шаре дополнительные магниты 7 ориентированы также, как и остальные магниты, то есть оба магнитных полюса каждого дополнительного магнита лежат на одном радиусе, содержащего данный магнит шара, при этом в шарах южного типа дополнительные магниты 7 направлены своими южными полюсами в их центры, а в шарах северного типа - северными, эти магниты также расположены на таком расстоянии от поверхности шара, чтобы сила взаимного притяжения полюсов разной полярности магнитов разных шаров, была достаточной для удержания этих шаров, при этом их намагниченность не превышает намагниченности базовых и меридиональных магнитов. В каждом шаре дополнительные магниты располагаются по четыре штуки равномерно вокруг шести базовых магнитов 2 на одинаковом расстоянии от них, не превышающим расстояние от базового магнита 2 до ближайшего к нему меридионального 3, при этом каждый из дополнительных магнитов 7 равноудален от двух ближайших к нему меридиональных магнитов 3. Дополнительные магниты 7 играют следующую роль в головоломке. В силу расположения и ориентации, близлежащие дополнительные магниты 7 соседних шаров притягиваются друг к другу и стремятся развернуть шары так, чтобы оказаться друг напротив друга, но такое положение всех восьми шаров достигается только, когда они удерживаются вместе за счет магнитных связей между базовыми 2, а не меридиональными 3 магнитами, то есть когда никакие четыре шара не находятся в состоянии незавершенного совместного поворота, при котором величины углов, на которые повернуты участвующие в этом повороте шары, не кратны 90 градусам. Таким образом дополнительные магниты 7 способствуют завершению каждого совместного поворота на величине кратной 90 градусам, улучшая удобство эксплуатации за счет повышения плавности поворота шаров в процессе взаимодействия игрока с головоломкой.

Независимо от наличия дополнительных магнитов устойчивость головоломки может быть улучшена заменой восьми одинаковых шаров (по варианту 1) на восемь одинаковых усеченных шаров (по варианту 2). При этом все усечения всех шаров представляют собой круги одинаковых размеров, расположенные над магнитами, таким образом, что центр каждого усечения лежит на том радиусе усеченного шара, который проходит через оба полюса соответствующего магнита. За счет наличия этих усечений шары не касаются друг друга, а примыкают друг другу кругами усечений, что увеличивает устойчивость головоломки, но уменьшает плавность ее хода при совместном повороте четырех шаров, причем вариация плавности не влияет на эффективность работы конструкции в любом варианте исполнения.

В варианте 2 заявленного изобретения с дополнительными магнитами 7 при наличии усечений шаров возможна следующая конкретная реализация головоломки. Шары имеют размер 3 см в диаметре и выполнены из пластика PLA. Используются цилиндрические магниты с аксиальной намагниченностью двух видов: базовые магниты 2 представляют собой магнитные цилиндры диаметром 3 мм и высотой 8 мм с силой сцепления 450 г, меридиональные 3 и дополнительные 7 магниты представляют собой магнитные цилиндры диаметром 3 мм и высотой 2 мм с силой сцепления 220 г. Внутри каждого шара все магнитные цилиндры ориентированы так, что их оси симметрии лежат на радиусах этого шара. Плоскости усечений шаров при этом совпадают с плоскостями, в которых лежат обращенные вовне шаров основания магнитных цилиндров, обнажая таким образом каждый магнит с одного конца. Каждый магнитный цилиндр при этом настолько удален от центра содержащего его шара, что усечение шара, проходящее по внешнему основанию этого магнитного цилиндра, имеет диаметр 3,2 мм. Каждая меридиональная дуга содержит по три меридиональных магнита 3, таким образом каждый экватор, под которым расположены магниты, содержит двенадцать меридиональных магнитов 3 и четыре базовых магнита 2, а поскольку магниты размещены вдоль экватора равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга, угол между осями базового 2 и ближайшего к нему меридионального 3 магнита составляет 22,5 градусов. При этом дополнительные магниты 7 расположены так, что углы между осями каждого дополнительного магнита 7 и ближайшего к нему базового 2 равны 12 градусов.

Конкретная реализация варианта 2 заявленной головоломки, состоящей из усеченных шаров без дополнительных магнитов, может быть осуществлена аналогично описанной выше реализации для шаров с усечениями и дополнительными магнитами 7, с той лишь разницей, что в данном случае шары не содержат дополнительных магнитов 7 и соответствующих усечений над ними, все остальные магниты и усечения имеют то же расположение, что и в указанной реализации.

Конкретная реализация варианта 1 заявленной головоломки, состоящей из полных не усеченных шаров с дополнительными магнитами, может быть осуществлена аналогично описанной выше реализации для шаров с усечениями и дополнительными магнитами 7, но без усечений каждого шара. Расположение всех магнитов при этом такое же, как и в реализации варианта головоломки для шаров с усечениями и дополнительными магнитами 7, магниты при этом окажутся скрыты материалом шаров.

Конкретная реализация варианта 1 заявленной головоломки, состоящей из не усеченных шаров без дополнительных магнитов, может быть осуществлена аналогично описанной выше реализации для варианта головоломки, состоящей из шаров без усечений, но с дополнительными магнитами 7, с той лишь разницей, что шары в данной реализации не будут иметь усечений, расположение же магнитов при этом останется неизменным.

Возможность многократного воспроизведения заявляемой конструкции проистекает из способа ее промышленной комплектации, что позволяет воспроизводить заявляемое устройство головоломки в промышленных масштабах.

Подобное сочетание универсальности, достижения возможности многократного воспроизведения с относительной простотой изготовления в прототипе не достигнуто.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

1. Головоломка с магнитной системой, состоящая из восьми элементов сферической формы одинакового диаметра, содержащих магниты вблизи своих поверхностей и соединенных между собой силой магнитного притяжения, причем элементы сферической формы образуют своими центрами кубическую структуру в виде матрицы 2×2×2 и каждая сфера может поворачиваться по трём направлениям, ортогональным друг другу, отличающаяся тем, что каждый элемент сферической формы представляет собой шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся под поверхностью каждого шара постоянные магниты, жестко зафиксированные внутри шаров материалом каждого шара, причем все магниты каждого шара расположены на таком расстоянии вблизи его поверхности, что сила магнитного притяжения достаточна для удержания шаров в структуре матрицы 2×2×2, а каждый магнит магнитной системы имеет такую намагниченность, чтобы сила притяжения магнитных полюсов разной полярности двух магнитов разных шаров была достаточна для удержания этих шаров в матрице 2×2×2, при этом внутри каждого шара расположены базовые магниты в концах взаимно перпендикулярных диаметров каждого шара, причем каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из взаимно перпендикулярных диаметров шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого шара таковы, что все базовые магниты каждого шара направлены внутрь этого шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты, при этом ориентация меридиональных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого меридионального магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит шара, причём меридиональные дуги, соединяющие ближайшие базовые магниты каждого шара, содержат одинаковое число магнитов, а расположение этих магнитов на дугах симметрично относительно соединяемых этими дугами базовых магнитов и одинаково для всех шаров, причём полярности меридиональных магнитов на каждой меридиональной дуге, соединяющей ближайшие базовые магниты, чередуются так, что ближайшие к базовым магнитам меридиональные магниты имеют противоположную им полярность, при этом число, расположение и ориентация магнитов без учёта полярностей одинаковы для всех шаров, а магниты одинакового положения, находящиеся в касающихся друг друга в матрице 2×2×2 шарах, имеют противоположные полярности, при этом каждый шар раскрашен так, что его раскраска позволяет однозначно определить его ориентацию в содержащей его матрице шаров, или в дополнение к базовым и меридиональным магнитам дополнительно внутри каждого шара вокруг каждого базового магнита на одинаковом расстоянии между ближайшими к базовому меридиональными магнитами расположено по четыре дополнительных магнита, причём ориентация дополнительных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого дополнительного магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит шара, а полярность каждого дополнительного магнита совпадает с полярностью ближайшего к нему базового магнита.

2. Головоломка с магнитной системой по п.1, отличающаяся тем, что внутри каждого шара между каждыми из соседних базовых магнитов расположено по три меридиональных магнита.

3. Головоломка с магнитной системой, состоящая из восьми элементов сферической формы одинакового диаметра, содержащих магниты вблизи своих поверхностей для удерживания магнитной системы, не позволяя головоломке распасться на части, причем элементы сферической формы образуют своими центрами кубическую структуру в виде матрицы 2×2×2 и каждая сфера может поворачиваться только по трём направлениям, ортогональным друг другу, отличающаяся тем, что каждый элемент сферической формы представляет собой усечённый шар, выполненный из твердого однородного немагнитного материала и содержащий в себе магнитную систему, представляющую собой находящиеся внутри каждого усечённого шара постоянные магниты, жестко удерживаемые внутри шаров материалом каждого шара, без возможности любого независимого движения магнита относительно содержащего его шара, причем все магниты каждого усечённого шара расположены на таком расстоянии вблизи его поверхности, что сила магнитного притяжения достаточна для удержания усечённых шаров в структуре головоломки, а каждый магнит магнитной системы имеет такую намагниченность, чтобы сила притяжения магнитных полюсов разной полярности двух магнитов разных усечённых шаров была достаточна для удержания этих усечённых шаров, при этом внутри каждого усечённого шара расположены шесть базовых магнитов в концах трех взаимно перпендикулярных диаметров каждого усечённого шара, причем каждый из базовых магнитов ориентирован так, что оба его полюса лежат на одном из трех взаимно перпендикулярных диаметров усечённого шара, при этом полярности всех базовых магнитов внутри каждого усечённого шара таковы, что все базовые магниты каждого усечённого шара направлены внутрь этого усечённого шара одинаковыми полюсами, при этом по каждой меридиональной дуге каждого усечённого шара, соединяющей ближайшие базовые магниты, расположены на одинаковом расстоянии друг от друга меридиональные магниты, при этом ориентация меридиональных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого меридионального магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усечённого шара, причём меридиональные дуги, соединяющие ближайшие базовые магниты каждого усечённого шара, содержат одинаковое нечётное число магнитов, а расположение этих магнитов на дугах симметрично относительно соединяемых этими дугами базовых магнитов и одинаково для всех усечённых шаров, причём полярности меридиональных магнитов на каждой меридиональной дуге, соединяющей ближайшие базовые магниты, чередуются так, что ближайшие к базовым магнитам меридиональные магниты имеют противоположную им полярность, при этом число, расположение и ориентация магнитов без учёта полярностей одинаковы для всех усечённых шаров, а магниты одинакового положения, принадлежащие касающимся в матрице 2×2×2 усечённым шарам, имеют противоположные полярности, при этом размеры всех усечений всех усечённых шаров одинаковы, и каждый усечённый шар содержит одинаковое число усечений, которое равно числу магнитов, содержащихся в каждом усечённом шаре, причём каждое усечение каждого усечённого шара расположено над одним из магнитов этого усечённого шара так, что радиус этого усечённого шара, проходящих через оба магнитных полюса этого магнита, проходит также через центр этого усечения, при этом каждый усечённый шар раскрашен так, что его раскраска позволяет однозначно определить его ориентацию в содержащей его матрице усечённых шаров, или в дополнение к базовым и меридиональным магнитам усеченных шаров дополнительно внутри каждого усечённого шара вокруг каждого базового магнита на одинаковом расстоянии между ближайшими к базовому меридиональными магнитами расположено по четыре дополнительных магнита, причём ориентация дополнительных магнитов такова, что северный и южный магнитные полюса каждого дополнительного магнита находятся на одном радиусе содержащего этот магнит усечённого шара, а полярность каждого дополнительного магнита совпадает с полярностью ближайшего к нему базового магнита.

4. Головоломка с магнитной системой по п.3, отличающаяся тем, что имеет внутри каждого усеченного шара между каждыми из соседних базовых магнитов по три меридиональных магнита.