ДЕТАЛЬ КОНСТРУКТОРА

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