ДЕТАЛЬ КОНСТРУКТОРА ПЛОСКОЙ ПРОИЗВОЛЬНОЙ ФОРМЫ И СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ МАГНИТОВ НА ДЕТАЛИ КОНСТРУКТОРА Российский патент 2024 года по МПК A63H33/04 

Предлагаемое изобретение относится к элементам, которые требуется соединять друг с другом. Согласно заявленному техническому решению может быть осуществлено соединение твердых, упругих, надувных и гибких пластичных тел через магнитное соединение.

Известна 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.

Наиболее близким по технической сущности является деталь конструктора (RU 205734, опубл. 03.08.2021 Бюл. № 22), выполненная в форме многогранника, содержащая магниты, закрепленные на грани многогранника с возможностью его соединения с другим многогранником с аналогичной по размещению магнитов поверхностью. Магниты размещены в полостях чехла многогранника, образованных на ребрах многогранника, где могут свободно перемещаться и вращаться, обеспечивая возможность стыковки одного многогранника с другим многогранником, при этом чехол выполнен из материала, пропускающего магнитное поле.

В отношении способа размещения магнитов на деталях конструктора является деталь конструктора (патент на изобретение RU 2773585, опубл. 06.06.2022). Согласно данному изобретению 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.

В вышеуказанных патентах решается задача крепления двух геометрических тел в форме многогранника при помощи магнитов, размещенных на ребрах многогранника. Магниты не обязательно должны размещаться на каждом ребре многогранника. На боковой грани многогранника четыре ребра. Если ни одно ребро не содержит магнитов, то нет соединения двух деталей. Если хотя бы одно ребро содержит один магнит, то есть соединение, однако из-за того, что магнит находится непосредственно на ребре, свобода данного соединения ограничена, это можно обнаружить на практике, вращая детали относительно места соединения, максимальный угол вращения деталей относительно друг друга - от 0 до 180 градусов, что не позволяет совмещать детали конструктора между собой при большем угле.

Также недостатком данных технических решений является использование большого количества магнитов.

Заявленное изобретение решает задачи соединения плоских деталей произвольной формы (у плоского тела две стороны являются конгруэнтными (равными) друг другу и лежат в параллельных плоскостях, эти стороны плоского тела являются основанием, остальные стороны - боковыми сторонами плоского тела, при этом любая линия боковой стороны, являющаяся перпендикуляром к основанию, целиком лежит на боковой стороне), в плоскости, являющейся продолжением плоскости детали, в плоскости, не являющейся продолжением плоскости детали (где требуется вывести магнит в сторону от боковой стороны детали). Также в заявленном решении магнит благодаря ремешку выводится за пределы боковой стороны и угол вращения деталей относительно друг друга может достигать 360 градусов.

Данная задача решается тем, что деталь конструктора содержит прикрепленный к детали ремешок с магнитом внутри кармана-полости, закрепленного на ремешке, с возможностью соединения с другой деталью с прикрепленным ремешком с магнитом внутри кармана-полости.

Также задача решается тем, что способ размещения ремешков с магнитами на детали конструктора, выполненной плоской произвольной формы, включает размещение ремешков с магнитами на первой детали, определение потенциальных областей сцепления ремешков с магнитами первой детали, описывание вокруг первой детали контура так, что этот контур описывает границы первой детали и пересекается с областями сцепления ремешков с магнитами первой детали, при этом контур делит плоскость на две части, в одной части плоскости расположена первая деталь, в другой части плоскости расположена вторая деталь, определение возможных областей сцепления ремешков с магнитами второй детали, создающих общие области сцепления с областями сцепления с ремешками с магнитами первой детали, определение потенциальных мест крепления ремешков с магнитами второй детали, формирование контура второй детали, обеспечивая нахождение ее в части плоскости второй детали.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность соединения плоских деталей произвольной формы (не только в форме многогранников) и удешевление деталей конструктора за счет уменьшения числа используемых магнитов, обеспечивая при этом сцепление деталей конструктора.

Техническое решение предназначено для организации детского досуга, строительства сооружений в полный рост ребенка из больших деталей на магнитном соединении.

Деталью конструктора может быть произвольное плоское тело с основанием и боковыми сторонами. Соединение двух деталей происходит через ремешки с магнитом внутри кармашка-полости из магнитопроницаемого материала. Кармашек-полость закреплен на ленте ремешка, которая выводит кармашек-полость за пределы боковой стороны и тем самым дает большую область сцепки двух деталей. Ленты ремешка изготавливаются из гибких материалов, а значит ремешок с магнитом может прятаться внутри выемки в плоской детали и не препятствовать вертикальной устойчивости детали на боковой стороне. Наличие выемки внутри детали не является обязательным.

Под внешним воздействием на тело подразумевается физическое воздействие, например, руками человека на это тело. Поскольку данное техническое решение описывает детали детского конструктора, то под внешним воздействием на деталь конструктора понимается физическое воздействие ребенка возраста от 3 до 10 лет.

Деталью конструктора может быть твердое тело, упругое тело, надувное тело и тело определяемой формы. Деталь может иметь произвольную форму; форму многогранника; форму цилиндра; форму сектора цилиндра (полуцилиндра, четверть цилиндра, сектор цилиндра). Деталь может быть составной, состоять из нескольких частей, скрепленных между собой. Твердое тело - это тело, которое не меняет свою форму под внешним воздействием на это тело, например, дерево, картон, пластмасса. Упругое тело и надувное тело - это тело, которое меняет свою форму под внешним воздействием на это тело и возвращающие свою первоначальную форму после устранения внешнего воздействия, например, вспененный полиэтилен, эластичный пенополиуретан, ЭВА, полиэфирное волокно, надувная подушка. Тело определяемой формы - это тело, частично принимающее форму другого тела, пример тела определяемой формы: одеяло. Когда мы накрываем одеялом другое тело, одеяло частично принимает форму другого тела. Мы можем сами руками придать произвольную форму одеялу: скомкать или наоборот расправить.

Деталь конструктора может состоять из внешнего чехла, каркаса и наполнителя. В детали конструктора допускается отсутствие любой из этих составляющих.

Внешний чехол - это эластичный, прочный и безопасный тканый или нетканый материал, как, например, смесовые ткани (ПВХ, ПУ), хлопок, полиэстер, спанбонд, заменитель кожи (искусственная кожа) и подобные материалы. Допускается применение комбинированного чехла из разных материалов. Каркас - это каркас из металлической проволоки, дерева, картона, пластика, вспененного полиэтилена, пенолона, эва пласта (ЭВА), войлочной панели, полимерного листа и подобных материалов. Внутренний наполнитель - это эластичный, прочный и безопасный материал, например, ЭППУ, полиэфирное волокно, вспененный полиэтилен, несшитый полиэтилен, сшитый полиэтилен, вспененная резина, поролон вторичного вспенивания, эвапласт, пенолон, пластик, полимерный лист, войлочная панель и подобные материалы.

Примеры исполнения материалов и форм детали представлены в таблице 1.

Таблица 1

Внешний чехол Каркас Наполнитель Пример исполнения детали Нет Нет Есть Деталь целиком выполнена из картона, ЭВА, НПЭ, пенолона, дерева, пластика или представляет собой надувную подушку из ПВХ Нет Есть Нет Проволочный каркас или каркас из картона, ЭВА, дерева, пластика, полимерного листа

Нет Есть Есть Деталь из пластикового каркаса с войлочной панелью внутри Есть Нет Нет Деталь - одеяло из ткани полиэстер без наполнителя Есть Нет Есть Деталь - одеяло с полиэфирным волокном внутри Есть Есть Нет Деталь состоит из пластикового или проволочного каркаса, обшитого внешним чехлом Есть Есть Есть Деталь из пластикового каркаса с панелью ЭВА внутри, обшитая чехлом из ткани Оксфорд

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - плоское тело произвольной формы,

на фиг. 2-10 - принципы и виды размещения ремешка с магнитом на детали, на фиг. 11, 12 - принцип соединения двух тел,

на фиг. 13, 14 - принцип размещения ремешков, примеры, на фиг. 15 - сцепка двух ремешков с магнитами,

на фиг. 16, 17 пример осуществления изобретения, фигура - тор,

на фиг. 18, 19 пример осуществления изобретения, фигура - прямоугольник с выемкой внутри в форме полукруга.

Заявляемое устройство представляет собой основание детали 1, боковую сторону 2, внешний чехол (граница детали) 3, гибкие ленты ремешка 4 с магнитами 5 внутри кармашка-полости 6 из магнитопроницаемого материала, выемку 7, крепление 8 ленты ремешка к детали, каркас 9, наполнитель 10, крепление 11 ленты ремешка к основанию, область сцепки магнитов 12.

Магниты 5 размещаются в кармашках-полостях 6 и свободно перемещаются и вращаются внутри кармашка. Кармашки-полости в свою очередь крепятся к ленте 4. Кармашек-полость выполнен таким образом, чтобы магнит не выпал из него.

Под основой конструктора понимается сама деталь, имеющая различную форму. Деталь конструктора может иметь как один ремешок с магнитом, так и несколько ремешков по всей поверхности детали (фиг. 5).

Концы ленты ремешка крепятся к боковой стороне детали 8, допускается крепление концов ленты ремешка к основанию 11, при этом деталь может иметь полость 7 для размещения ремешка, h - наименьшая толщина плоской детали конструктора (базовая толщина) (фиг. 2-5).

Соединение двух тел происходит через ремешки с магнитами, закрепленные на основе деталей F1 и F2 (фиг. 11).

Каждый ремешок с магнитом состоит из одной (фиг. 2, 3) или более (фиг. 5) лент 4 кармашка-полости 6 с магнитом 5. Один конец ленты 4 крепится непосредственно к основанию детали 1 или боковой стороне детали 2, а другой конец ленты удерживает полость 6 с магнитом 5. Крепление ленты к основанию детали или боковой стороне детали или к полости с магнитом может образовываться путем сшивания, склейки, пайки, привязывания и иных способов, применяемых для используемого материала.

Материал ленты ремешка - любой гибкий прочный пластичный легко деформируемый нетекучий в бытовых условиях материал: ткань, кожа, искусственная кожа, пластик, латекс, резина, тканная резинка и т.д. (допускается комбинация перечисленных материалов). Материал ленты ремешка подбирается практическим путём и должен удерживать полость с магнитом и восстанавливать свою форму после устранения внешнего физического воздействия (например, когда деталь становится на боковую сторону).

Материал кармашка-полости - любой прочный материал, пропускающий магнитное поле (ПУ, ПВХ, искусственная кожа, латекс, резина, спанбонд, хлопок и т.д.) и удерживающий магнит внутри полости.

Так как лента ремешка представляет собой гибкий и пластичный материал, то магнит может находиться во множестве различных точек, местоположение которых ограничено полостью и лентой ремешка. Множество точек мест нахождения магнита образуют область в пространстве, эта область является областью возможной сцепки магнитов (фиг. 7).

В центре ленты ремешка (фиг. 2) и/или парами (фиг. 6) на равном удалении от центра ленты ремешка размещаются кармашки-полости с магнитами. Допускается использование одного кармашка-полости с магнитом в центре ленты ремешка, пары кармашков-полостей с магнитом (или пары кармашков-полостей с магнитом и ферромагнетиком) на равном удалении от центра ленты ремешка, произвольное количество кармашков-полостей с магнитом (например, кармашек- полость с магнитом в центре ленты ремешка и пары кармашков-полостей с магнитом на равном удалении от центра ленты ремешка). Чем больше кармашков-полостей с магнитом на одной ленте ремешка, тем больше пространство, где магниты могут находиться, а значит больше область сцепки.

Магнит может свободно перемещаться и вращаться внутри кармашка-полости. При приближении ремешка с магнитом одной детали к ремешку с магнитом другой детали магниты создают общее магнитное поле, и под его действием магниты перемещаются и самопозиционируются внутри полости, и при непосредственном контакте полостей образуют сцепку.

В качестве магнита может использоваться неодимовый магнит; ферритовый магнит. Форма магнита может быть любая: шар, квадрат; параллелепипед; цилиндр с диаметральной намагниченностью. Наилучшие результаты показывает неодимовый магнит в форме параллелепипеда с квадратом в поперечном сечении и поперечным намагничиванием и цилиндр с диаметральной намагниченностью.

Ленты ремешка и кармашка-полости для магнитов могут быть выполнены из единого материала. Лента может образовывать полость для размещения магнита.

Чтобы два тела, каждое имеющее по два ремешка с магнитами, были соединены друг с другом, должны быть выполнены следующие условия:

а) существует такое взаимное расположение тел F1 и F2, при котором создаются две области сцепки через пары ремешков с магнитами каждого из тел, т.е. существует такое взаимное расположение тел F1 и F2, когда два ремешка с магнитами одного тела и два ремешка с магнитами другого тела при сближении тел образуют две области сцепки,

б) существует контур, пересекающий каждую область сцепки (две области сцепки), при этом контур не пересекается ни с одной внутренней точкой любого из тел, однако допускается пересечение контура с границей любого из тел.

Для плоских деталей произвольной формы используют следующий алгоритм размещения ремешков.

В общем случае на теле произвольной формы может быть один или более ремешок с магнитами.

Размещают ремешки с магнитами на теле F1. Обозначают потенциальные области сцепки ремешков с магнитами тела F1. Описывают вокруг тела F1 контур (К) так, чтобы этот контур описывал границы тела F1 и пересекался с областями сцепки ремешков с магнитами F1. Контур К делит плоскость на две части, в одной части плоскости (НР1) лежит тело F1, в другой части плоскости (НР2) лежит тело F2. Определяются возможные области сцепки ремешков с магнитами тела F2 так, чтобы области сцепки ремешков с магнитами F2 создавали области сцепки с областями сцепки ремешков с магнитами тела F1. Определяются потенциальные места крепления ремешков с магнитами тела F2, чтобы они создавали области сцепки с ремешками с магнитами тела F1. Сформировывают контур тела F2 так, чтобы всё тело F2 целиком было в части плоскости HP2 тела F2 и ремешки с магнитами тела F2 имели области сцепки с ремешками с магнитами тела F1.

Далее приведены примеры осуществления изобретения. Пример 1.

Детали конструктора надувные. Конструкции ремешка представлены на фиг. 13-14, где 4 - лента ремешка из пластика в форме цилиндра диаметром 2 мм;

5 - неодимовый магнит, диаметр - 5 мм, высота - 15 мм, радиальная намагниченность; 6 - кармашек-полость из пластика в форме цилиндра, внутренний диаметр - 6 мм, внешний диаметр - 8 мм (толщина оболочки - 0,5 мм). Крепление происходит через продевание ленты ремешка через отверстия в основе детали и последующую фиксацию в отверстиях. На фиг. 15 показана сцепка двух ремешков с магнитами.

На фиг. 16 представлено тело F1 - тор, диаметр отверстия - 250 мм, внешний диаметр - 400 мм.

Размещаем ремешки с магнитами на теле F1 внутри отверстия по периметру 0°, 90°, 180°, 270°.

Обозначаем потенциальные области сцепки ремешков с магнитами тела F1.

Описываем вокруг тела F1 контур (К) так, чтобы этот контур описывал границы тела F1 и пересекался с областями сцепки ремешков с магнитами тела F1.

Контур К делит плоскость на две части, в одной части плоскости (НР1) лежит тело F1, в другой части плоскости (НР2) лежит тело F2. (фиг. 16, 17).

Определяем возможные области сцепки ремешков с магнитами тела F2 так, чтобы области сцепки ремешков с магнитами F2 создавали области сцепки с областями сцепки ремешков с магнитами тела F1.

Определяем потенциальные места крепления ремешков с магнитами тела F2, чтобы они создавали области сцепки с ремешками с магнитами тела F1.

Формируем контур тела F2 в форме окружности так, чтобы всё тело F2 целиком было в части плоскости тела F2 и ремешки с магнитами тела F2 имели области сцепки с ремешками с магнитами тела F1 (фиг. 17).

Исходя из конструктива сцепки двух ремешков с магнитами, определяем, что диаметр тела F2 равен 250-20 = 230 мм.

Пример 2.

Тело F1 - надувное тело в форме прямоугольника с выемкой внутри в форме полукруга.

Размещаем ремешки с магнитами на теле F1 внутри отверстия по периметру 45°, 135°.

Обозначаем потенциальные области сцепки ремешков с магнитами тела F1.

Описываем вокруг тела F1 контур (К) так, чтобы этот контур описывал границы тела F1 и пересекался с областями сцепки ремешков с магнитами F1.

Контур К делит плоскость на две части, в одной части плоскости (НР1) лежит тело F1, в другой части плоскости (НР2) лежит тело F2 (фиг. 18).

Определяем возможные области сцепки ремешков с магнитами тела F2 так, чтобы области сцепки ремешков с магнитами F2 создавали области сцепки с областями сцепки ремешков с магнитами тела F1.

Определяем потенциальные места крепления ремешков с магнитами тела F2, чтобы они создавали области сцепки с ремешками с магнитами тела F1.

Формируем контур тела F2 в форме полуокружности так, чтобы всё тело F2 целиком было в части плоскости HP2 и ремешки с магнитами тела F2 имели области сцепки с магнитами тела F1 (фиг. 19).

Исходя из конструктива сцепки двух ремешков с магнитами, определяем, что диаметр полуокружности тела F2 равен 250-20 = 230 мм.

Предлагаемое изобретение относится к элементам, которые требуется соединять друг с другом. Деталь конструктора содержит магнит, закрепленный на её поверхности, выполненная с возможностью соединения с другой деталью конструктора, имеющей магнит, и содержит прикрепленный к детали конструктора ремешок с карманом, в котором размещен магнит. Способ размещения магнитов на детали конструктора включает размещение ремешков с магнитами на первой детали, определение потенциальных областей сцепления ремешков с магнитами первой детали, описывание вокруг первой детали контура так, что этот контур описывает границы первой детали и пересекается с областями сцепления ремешков с магнитами первой детали, при этом контур делит плоскость на две части, в одной части плоскости расположена первая деталь, в другой части плоскости расположена вторая деталь, определение возможных областей сцепления ремешков с магнитами второй детали, создающих общие области сцепления с областями сцепления ремешков с магнитами первой детали, определение потенциальных мест крепления ремешков с магнитами второй детали, формирование контура второй детали, обеспечивая нахождение ее в плоскости второй детали. Техническим результатом является удешевление деталей конструктора за счет уменьшения числа используемых магнитов, а также возможность соединения плоских деталей с произвольным контуром. 19 ил., 1 табл.

Способ размещения магнитов на двух деталях конструктора, выполненных плоской произвольной формы, обеспечивающих возможность их соединения между собой, включающий:

размещение ремешков с магнитами на первой детали,

определение потенциальных областей сцепления ремешков с магнитами первой детали,

описывание вокруг первой детали контура так, что этот контур описывает границы первой детали и пересекается с областями сцепления ремешков магнитами первой детали,

при этом контур делит плоскость на две части, в одной части плоскости расположена первая деталь, в другой части плоскости расположена вторая деталь,

определение возможных областей сцепления ремешков с магнитами второй детали, создающих общие области сцепления с областями сцепления с ремешками с магнитами первой детали,

определение потенциальных мест крепления ремешков с магнитами второй детали,

формирование контура второй детали, обеспечивая нахождение ее в части плоскости второй детали так, чтобы ремешки с магнитами второй детали имели области сцепки с ремешками с магнитами первой детали.