Настоящее изобретение касается модулей, способных соединяться для образования сборок, которые можно использовать в различных областях техники, например для создания сборок для игр или воспитания, домашних принадлежностей в форме орнаментов, моделей молекулярных агрегатов, рисунков, каскадов, структур набора каскадов и многих других применений.
Модули в постоянно магнитном материале известны и используются для единичных применений, а не для сборки большого количества модулей. Эти модули постоянных магнитов используются, например, в шахматах и шашках, магнитные элементы которых расположены на ферромагнитной шахматной доске, в магнитных панелях, образованных буквами и/или цифрами, которые можно закреплять магнитным образом на ферромагнитном листе с целью образования текста, и в компонентах различных форм, отдельно снабженных магнитами, которые можно соединять на магнитном листе с целью образования двухмерных фигур животных и т. д.
Эти магнитные применения, имеющиеся на рынке, основаны не на соединении нескольких магнитных модулей, а просто на возможности создания двухмерных фигур, располагая модули рядом друг с другом на ферромагнитном листе, на котором единичные модули имеют отдельные короткие замыкания.
Известны также системы, предназначенные для образования трехмерных структур, в которых используют связывание различных модулей. Существуют модули различных форм, но обычно они являются призмами, по существу, с прямоугольной горизонтальной проекцией, образованными посредством матрицы в пластмассе и посредством магнитных соединительных вкладышей, расположенных на одной или более поверхностях очертания. Магнитные вкладыши можно образовать посредством магнитных точек геометрически правильной формы, например прямоугольных или квадратных, симметрично расположенных рядами, или магнитными пленками с намагничиванием полосок чередующейся полярности.
Одно или более серьезных ограничений традиционных модулей связаны с тем, что необходимо соблюдать "правила" сборки, которые имеют большие ограничения и бракуемость, прежде всего ввиду количества общих композиций, которые можно изготовить.
Что касается восьми граней призмы, которые имеются для потенциального соединения, действительно активными являются только некоторые из них и ограничены маленькими площадями. Более конкретно, одновременно можно соединять только два модуля с точкообразными вкладышами, если нанесено заранее определенное количество соответствующих рядов магнитных точек, при дополнительном требовании, чтобы эти ряды соответствующих магнитных точек были обращены друг к другу противоположной магнитной полярностью. В других случаях, возможно соединение между верхней лицевой стороной модуля и нижней лицевой стороной другого, но соединение между боковыми лицевыми сторонами или наоборот исключается. В других случаях соединение между лицевыми сторонами зависит от заранее определенного взаимного расположения модулей и, следовательно, это можно осуществлять только посредством переворачивания одного модуля, другими словами, посредством замены его верхней лицевой стороны нижней лицевой стороной при оставлении другой лицевой стороны без изменения.
Помимо ограничений в отношении соединений, традиционные модули также сильно подвержены ограничениям, вызываемым низким выходом магнитной цепи, которую они создают, то есть процентом магнитной энергии, используемой для соединения модулей по отношению к общей установленной энергии.
Высокая дисперсия потока, которая происходит вдоль всей магнитной цепи, не позволяет полностью использовать установленную энергию. Важность этого явления усиливается по мере увеличения сложности подлежащей построению структуры, при условии, что сборка увеличивающегося количества модулей вызывает постепенное накапливание зазоров. Чтобы получить составные формы, которые располагаются по-разному, но твердо, например, консольных конструкций, источники магнитного поля должны иметь слишком большие размеры и, следовательно, более высокая потребность магнитного материала влечет за собой значительное увеличение веса общей структуры и неизбежное увеличение стоимости.
В том случае, когда магнитные вкладыши образованы посредством намагниченных пленок с полосками чередующейся полярности, существует дополнительный недостаток, состоящий в том, что активная магнитная площадь для соединения на единицу содержащейся поверхности очень ограничена, и используемый магнитный материал должен обязательно иметь низкую коэрцитивную силу.
Традиционные сборочные модули также вносят вклад в создание пространственных фигур, которые никогда не бывают магнитно нейтральными, т.е. пространственные фигуры, которые могут ощутимо взаимодействовать с окружающей внешней средой и создавать ситуации реальной опасности. Эта проблема, например, особенно ощутима при использованиях для детей, когда модули в форме магнитных детских кубиков могут "притягивать" разбросанные вокруг ферромагнитные материалы, например иглы, булавки или гвозди.
Следовательно, цель настоящего изобретения состоит в создании модулей, способных крепиться между собой для образования сложных сборок и позволяющих исключить недостатки предыдущих систем.
Другая цель настоящего изобретения состоит в создании модулей для сборки, быстро и легко собираемых для образования сложного узла и в равной степени пригодных также для легкого и быстрого расцепления.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в создании модулей для сборки, позволяющих получить чрезвычайно устойчивые трехмерные конструкции.
В соответствии с изобретением вышеупомянутые цели достигаются благодаря модулям и их сборке согласно любому одному из прилагаемых независимых пунктов формулы изобретения.
В этом случае сборка образует для магнитного потока, создаваемого магнитными вкладышами, соответственную цепь, в которой общий зазор, то есть величина пути магнитного потока, проходящую в немагнитном материале, представляет только зазор, требуемый возможной формой модулей, слоями с высоким коэффициентом трения или получаемыми конструктивными допусками, которые могут создаваться между двумя соединяющимися поверхностями двух соседних модулей.
В соответствии с настоящим изобретением, постоянно магнитные модули снабжают ферромагнитным ярмом и ферромагнитными модулями, сочетание которых позволяет осуществлять полное или, по меньшей мере, частичное короткое замыкание магнитного потока.
Наличие ферромагнитных ярм позволяет увеличивать общее количество требуемых магнитных модулей без увеличения благодаря этому с той же скоростью общего зазора, имеющегося в конструкции.
Магниты, вырабатывающие магнитный поток, располагают последовательно и с коротким замыканием посредством ферромагнитных ярм таким образом, что каждое дополнительное введение модулей в магнитную цепь увеличивает пригодность общей коэрцитивности для структуры и, следовательно, вносит вклад в связывание магнитных сопротивлений, которые могут присутствовать в магнитной цепи.
Полное использование установленных магнитных напряжений обеспечивает, наравне с используемым магнитным материалом, более высокую силу притяжения между модулями.
Ясно также, что короткое замыкание, которое можно достигнуть посредством соответственного сочетания модулей, обеспечивает возможность, снова наравне с используемым магнитным материалом, строить более гибкие и сложные структуры с необычными формами, при условии, что более высокая сила сцепления существенно увеличивает их самоподдержание.
Другой отличительный и преимущественный аспект несомненно состоит в том, что постоянно магнитные модули с ферромагнитным ярмом и полностью ферромагнитные модули частично или очень часто полностью не должны обязательно подвергаться какому-либо заранее определенному расположению с целью осуществления взаимного соединения и, наоборот, создается возможность непрерывного перемещения одного модуля относительно другого без перерыва.
Эти и другие преимущества нашего изобретения становятся еще яснее из нижеследующего описания, которое приводится со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых секции ферромагнитных деталей представлены серией тонких наклонных линий, секции деталей немагнитных матриц представлены серией чередующихся толстых и тонких наклонных линий, тогда как буквами n и s отмечены северный полюс и южный полюс магнита, а цепь магнитного потока прочерчена пунктирными линиями.
Фиг. 1 и 1d представляют секции постоянно магнитных модулей, соответствующих настоящему изобретению, а фиг.1а и 1b - некоторые возможности короткого замыкания магнитного потока посредством объединения показанных на фиг.1 модулей друг с другом или с ферромагнитными модулями.
Фиг. 2 и 3 представляют секции других примеров постоянных магнитных модулей в соответствии с настоящим изобретением, а фиг.1с - возможное короткое замыкание магнитного потока, используя модули фиг.3 в сочетании с ферромагнитными модулями.
Фиг.4 и 5 иллюстрируют секцию единичного постоянного магнитного модуля и сборок, соответствующих другим вариантам осуществления, которые позволяют осуществлять полное короткое замыкание магнитного потока.
Фиг. 6 иллюстрирует сборку, соответствующую возможному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором магнитные элементы модуля являются съемными.
Фиг.7 иллюстрирует другую сборку, соответствующую другому варианту осуществления настоящего изобретения, в котором можно без перерывов перемещать один модуль на другом.
Фиг. 8 иллюстрирует еще одну сборку, соответствующую еще одному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором полученная структура не имеет магнитного взаимодействия с внешним окружающим пространством.
Постоянно магнитный модуль 1 на фиг.1 содержит два верхних и соответственно нижних цилиндрических магнитных элемента (2, 3), заключенных внутри прорезей 4, 5 соответственно, образованных на противоположных основаниях цилиндрического ферромагнитного ярма 6. Прорези 4, 5 также имеют цилиндрическую форму, но более расширенные в радиальном отношении, чем магнитные элементы 2, 3, с целью определения промежутка 70 между боковыми стенками верхнего и нижнего магнитных элементов 2, 3 соответственно и боковыми стенками соответствующих прорезей 4, 5. Магнитные элементы 2, 3 имеют ось магнитной поляризации, параллельную оси ярма 6, и соединены последовательно через ферромагнитное ярмо 6.
Сердечник, образованный двумя магнитными элементами 2, 3 и ферромагнитным ярмом 6, объединен в немагнитной матрице 7 с полой цилиндрической формой и открываемой в основаниях с целью оставления незакрытыми полюсные поверхности 13, 14 магнитных элементов 2, 3 и верхней и нижней кромок (10, 110) ферромагнитного ярма 6 для соединения с другими модулями.
Использование модуля 1 предлагает возможность изготовления сборок из двух, трех или более блоков с другими модулями одного и того же типа или с другим типом модуля, чтобы в любом случае добиться короткого замыкания магнитного потока, как показано на фиг.1a, 1b, 1c, 1d.
Благодаря использованию двух блоков можно осуществлять короткое замыкание потока посредством закрепления двух идентичных модулей 1' и 1'', в которых наложены постоянные магнитные элементы 3' и 2'' с противоположной полярностью (фиг.1a). Как показано также на фиг.1а, внешние полюсные поверхности 12' и 11'' соприкасающихся модулей 1' и 1'' представляют первый тип непосредственно активных площадей для взаимного соединения одинаковых модулей 1' и 1''. Верхняя торцовая кромка 10' ферромагнитного ярма 6' поляризуется магнитами, имеющимися в модуле 1' и в модуле 1'', с которым модуль 1' находится в соприкосновении, и таким образом определяет второй тип площади, на этот раз активированной индукцией, предназначенной для соединения с модулем 1''. Полностью аналогичный процесс одновременно переносится кромкой 10'' модуля 1''. Магнитный поток, начинающийся от внутренней полюсной поверхности 13'' модуля 1'', проходит к ферромагнитной внутренней части 6'' такого же модуля, отклоняется к кромке 10'', пересекает последовательно кромку 10'', а затем кромку 10' для конечного замыкания магнитной цепи, повторно входит из полюсной поверхности 14' модуля 1'. Промежутки 70' и 70'' соответственно устраняют возможное короткое замыкание потока между боковыми стенками прорезей 5', 4'' с боковыми стенками магнитных элементов 3', 2'' соответственно.
В качестве альтернативы, модуль 1''' можно крепить с отличающемся модулем, например, со сферическим ферромагнитным модулем 15 (фиг.1b).
Для создания нейтральной в магнитном отношении общей сборки только из двух элементов, в соответствии с другим предпочтительным вариантом, показанным на фиг.1d, можно использовать модули 16, 16' с одним единственным магнитным элементом 17, 17', полученные посредством изображения сдвига модуля 1 под прямым углом по линии 1d-1d. В этом случае незакрытые полюсные поверхности противоположных знаков 18, 18' модулей 16, 16' можно сцеплять между собой или с ферромагнитными модулями.
Сборку из трех блоков, в которых используется постоянно магнитный модуль 1, можно получить посредством крепления соответственного идентичного модуля 1 на обеих лицевых сторонах 8, 9 соединения так, чтобы все магниты оказались последовательными, или посредством крепления, снова таким образом, чтобы магниты оказались последовательными, идентичного модуля на одной лицевой стороне и ферромагнитного модуля, например сферического, на другой соединяющей поверхности, или, наконец, посредством крепления на двух сторонах 8, 9 соответственного ферромагнитного модуля, например, упомянутого выше сферического типа.
Сборку более чем из трех блоков можно получить посредством вставления модуля 1 в комплекс модулей, которые все же идентично расположены с последовательными магнитными элементами и в соприкосновении посредством введения ферромагнитных модулей различных форм, хотя бы сферических в настоящем варианте осуществления, чтобы создать любую последовательность постоянно магнитных и ферромагнитных модулей по замкнутой линии, которая полностью замыкает цепь магнитного потока.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, сердечник другого постоянно магнитного модуля 19 (фиг.2), получается посредством расположения магнитного элемента 20 между двумя идентичными прямоугольными ферромагнитными секциями 21, 22, которые полностью закрывают его противоположные полюсные поверхности 23, 24 и которые выступают из кромок полюсных поверхностей 23, 24, чтобы определить полюсные удлинения 25, 26. Следовательно, кромки 250, 260 поляризованных полюсных удлинений 25, 26 определяют площади, активизированные посредством индукции магнитным элементом 20 для магнитного соединения с другими модулями. Сердечник модуля 19 содержится в немагнитном покрытии 27 с призматической формой и квадратной секцией, которая лишь выступает за незакрытые активные ферромагнитные области, очерченные кромкам полюсных удлинений 25, 26. Поляризация магнитного элемента 20 в конечном итоге находится под прямыми углами к оси двух секций 21, 22.
Модуль 19 позволяет выполнять короткое замыкание магнитного потока в случае минимальной структуры, образованной сборкой двух блоков, в которых на одном из двух противоположных удлинений 25, 26 крепится идентичный модуль или ферромагнитный модуль, например сферический, или в случае структуры, составленной, по меньшей мере, из трех блоков, выбранных из модулей 19 и ферромагнитных модулей, например сферических, и содержащих соответственно один, два или три идентичных постоянно магнитных модуля 19. На фиг.3 представлен, в соответствии еще с одним предпочтительным вариантом осуществления, постоянно магнитный модуль 28, заключенный в магнитной матрице 29 с призматической формой и круглой секцией. Сердечник образован посредством малого ферромагнитного цилиндра 30, противоположные основания которого точно согласуются с полюсными поверхностями 31, 32 противоположного знака двух магнитных элементов 33 и 34. Два магнитных элемента 33 и 34 намагничиваются параллельно оси малого цилиндра 30, и их одинаковые незакрытые полюса 35 и 36 непосредственно определяют активную площадь для соединения с другими возможными модулями, в этом случае являющуюся максимальной, которую можно получить на единицу поверхности. В случае настоящего варианта осуществления, короткое замыкание магнитного потока получается, по меньшей мере, через три идентичных модуля 28, расположенных последовательно с магнитами, расположенными на расстоянии в этом случае посредством сферических ферромагнитных модулей 37, чтобы получить общую замкнутую треугольную структуру, полностью очевидную из фиг.1с.
Низкое рассеяние потока, которое происходит в сборке модулей 1, 19, 28, и характерное последовательное расположение модулей, показанное, например, на фиг.1с, увеличивает количество вариантов конструкций и оптимизирует тип и количество материала, подлежащего использованию для магнитных элементов.
Учитывая, что сила сцепления пропорциональна квадрату интенсивности магнитного потока, ясно, что только одна магнитная цепь, соответствующая настоящим вариантам осуществления, в которой ферромагнитные элементы 6, 21, 22, 30, 37 предпочтительно передают магнитный поток, может достигнуть наравне с используемыми магнитами более высокой силы сцепления между модулями или наравне с силой сцепления - меньшую необходимость магнитного материала.
Возможность вырабатывания концентрированной силы сцепления с использованием минимального количества магнитного материала в этом случае по возможности больше снижает гравитационные пределы в виду сложной и большой конструкции, со ссылкой, например, на структуру набора каскадов или на опорную структуру для выделяющих рамок или каскадов. При аналогичных обстоятельствах, где человеческой силы не достаточно для расцепления модулей, можно предусмотреть назначение активирования и деактивирования структуры электромагнитных систем, в которых на соленоид подается ток, циркулирующий в одном или другом направлении, или механических ручных систем для намагничивания и размагничивания детали во время сборки или разборки структуры.
На фиг. 8 представлен пример формы возможной композиции 110 модулей 28 фиг. 3 со сферическими ферромагнитными модулями, которая образует полностью сбалансированную магнитную сеточную структуру, то есть полностью короткозамкнутый магнитный поток и с полностью объединенными магнитными напряжениями, поэтому никоим образом не взаимодействующую с внешней окружающей средой.
Модули 50 на фиг. 4 образованы посредством прямоугольных пластин 38 в немагнитном материале, на котором образован первый корпус 39 в продольном направлении для ферромагнитного бруска с прямоугольной горизонтальной проекцией 40, и второй корпус 41 для прямоугольного магнитного элемента 42, поляризованного под прямым углом к плоскости пластины 38. Корпус 41 находится в продольном направлении рядом с первым корпусом 39 и расположен на одном конце пластины 38. Корпуса 39, 41 для бруска 40 и для магнитного элемента 42 имеют глубину, равную полной толщине пластины 38. Незакрытые полюсные поверхности 88, 90, образованные верхним и нижним основаниями магнитного элемента 42 и верхней и нижней поверхностями (92, 94) соответственно бруска 40, представляют непосредственно действующие площади и соответственные площади, активируемые магнитной индукцией для магнитного соединения с соседними модулями.
Модули 52 на фиг.5 также образованы посредством пластины 43 в немагнитном материале на нижней боковой стенке 84, в которой образован первый корпус в продольном направлении с глубиной, равной примерно половине толщины пластины, для ферромагнитного элемента 44 в форме бруска с прямоугольной проекцией. Второй и третий корпуса (45, 46) для двух идентичных магнитных элементов 47, 48, однако с противоположным направлением намагничивания, обеспечены на верхней боковой стенке 86 пластины 43 на противоположных концах ферромагнитного элемента 44 так, чтобы выступать только из незакрытых полюсных поверхностей 80, 82 двух магнитов 47, 48.
На фиг. 4 и 5 также показан пунктирной линией способ получения полного короткого замыкания потока, во время операции сборки модулей 50, 52, который пересекает секции ферромагнитных элементов 40, 44. Более конкретно, немагнитный слой 74, в продольном направлении отделяющий брусок 40 от магнита 42, и немагнитный слой 76, который делит два магнитных элемента 47, 48, позволяет потоку, выходящему из полюсов магнитных элементов 42, 47 соответственно замыкаться на оставшемся полюсе противоположного знака и соответственно полюсе противоположного знака магнитного элемента 48 только после пересечения секций ферромагнитных брусков 40, 44 соответственно соседних модулей 50, 52 соответственно.
При условии, что в наличии имеются модули 50, 52, показанные на фиг.4, 5, как в случае любого другого известного в настоящее время решения, требуется больше энергии для достижения взаимного сцепления, необходимого для вариантов осуществления при подборе внутреннего размера с чрезвычайно малыми допусками.
Следовательно, можно закрывать слоем немагнитного материала полюсные поверхности соединения магнитных элементов 42, 47, 48 и незакрытые поверхности ферромагнитных элементов 40, 44 просто для эстетических потребностей и гигиенических целей и для увеличения сил сцепления между различными модулями 50, 52.
Более конкретно, таким образом можно принимать решение наносить на сердечник, содержащий один или более магнитов и ферромагнитное ярмо, или исключительно на ферромагнитный сердечник, немагнитное покрытие с целью образования модуля требуемой формы, например стержневой, кубической, восьмиугольной и так далее формы.
Полное немагнитное покрытие сердечника устраняет также в применениях для детей опасности попадания слюны непосредственно на магнитный и/или ферромагнитный материал. При создании трехмерных структур, особенно в виде тяжелых и более сложных структур, общей устойчивостью управляет не только сила сцепления, но также и сила, требуемая для выполнения скольжения двух соединяющихся поверхностей. Таким образом, частью силы сцепления, чрезвычайно высокой для упоминаемых в настоящем варианте осуществления целей, можно пожертвовать посредством покрытия модуля тонким слоем материала с высоким коэффициентом сцепления, которое, ввиду ожидаемого увеличения магнитного сопротивления магнитной цепи, предлагает в качестве компенсирования явное улучшение силы скольжения.
Показанная на фиг.6 сборка имеет модули 54 с удлиненными элементами 55, в которых образованы сквозные отверстия 56 в продольной последовательности для размещения магнитов 58. В этом примере отверстия позволяют осуществлять сцепление и расцепление магнитов, имеющих немагнитную резьбу, благодаря чему эти магниты частично или полностью можно вводить в отверстия 56 или выводить из них в зависимости от необходимости.
Воплощение в виде извлекаемого модуля сцепления ферромагнитных элементов и активных магнитных элементов посредством соответственных охватываемых/охватывающих соединительных деталей, одного с другим и с немагнитной матрицей, которая может присутствовать, естественно, будет возможным в общем также для любого из модулей, описанных выше, или для любого другого модуля в соответствии с настоящим изобретением.
Сборка на фиг.7 содержит модули 150 с полностью ферромагнитным сердечником 152 и модули 100 с постоянно магнитными сердечниками 102, например, показанного на фиг.1d типа, расположенными на противоположных концах ферромагнитного ярма 104, в свою очередь удлиненного в продольном направлении и вставленного в немагнитный брусок 106.
Наличие ферромагнитных деталей в блоках 100 позволяет потоку переходить без высоких дисперсий, но прежде всего оно устраняет необходимость обязательного соответственного расположения блоков 100 одного относительно другого, как показано стрелками, которые представляют пример возможного относительного перемещения между модулями, увеличивая таким образом количество форм, которые можно получить при условии, что каждая ферромагнитная часть блока 100, а не только полюсные поверхности магнита 102, может обеспечить точки для магнитного соединения с другими блоками 100.
Раскрыты также широкие конструктивные допуски, которые можно предусмотреть при сборках модулей в соответствии с настоящим вариантом осуществления, с целью использования немагнитных материалов для благоприятных в отношении окружающей среды покрытий, типа дерева, при условии, что не требуются такие точные механические операции, выполняемые в настоящее время, как, прежде всего, литье под давлением пластмассы, и, следовательно, способствуют применениям также в области меблировки дополнительно к обычной области игрушек.
Следует понимать, что предпочтительные варианты осуществления не ограничивают более общий заявляемый принцип.
Более конкретно, тот же принцип можно также распространить на модули с формами, отличающимися от форм, описанных в предпочтительных вариантах осуществления и полученных посредством объединения одного или более активных магнитных элементов и/или одного или более описанных выше модулей в одном блоке, полностью ферромагнитном, представленном, например, деталью варианта осуществления, показанной на фиг.6 позицией 55, или частично ферромагнитным представленным, например, ферромагнитной 104 деталью и немагнитной 106 деталью показанного на фиг.7 варианта осуществления.
Кроме того, магниты при необходимости можно рассредотачивать в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения на одной или также на нескольких лицевых сторонах очертания немагнитной матрицы, а последняя, в лучшем случае, может иметь многогранную структуру с большим количеством лицевых сторон.
Изобретение относится к модулям для создания сборок в различных областях техники, например для игр, домашних принадлежностей и др. Модуль для создания сборок, содержащий, по меньшей мере, один активный магнитный элемент притяжения и, по меньшей мере, один ферромагнитный элемент, образующие по меньшей мере две магнитно-активные площади для соединения с другими модулями, с которыми можно создавать сборку из модулей, обеспечивающих магнитную цепь, которая замкнута полностью или, по меньшей мере, частично через имеющийся ферромагнитный элемент. Изобретение позволяет создавать сложные сборки, легко собираемые и разбираемые и позволяющие получить устойчивые трехмерные конструкции. 5 с. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
| JP 56112705 А, 05.09.1981 | |||
| RU 95104682 А1, 27.12.1996 | |||
| DE 3910304 А, 04.10.1990 | |||
| US 4596971 А, 24.06.1986 | |||
| ЧУГУН | 2006 |
|
RU2301279C1 |
