ОБЪЁМНАЯ ГОЛОВОЛОМКА С ПОДВИЖНЫМИ СЕКТОРАМИ
THREE-DIMENSIONAL PUZZLE WITH MOVING SECTORS

Область техники, к которой относится изобретение
.
Настоящее изобретение относится к объёмным головоломкам с подвижными секторами, которые выполнены с возможностью изменения взаимного положения друг относительно друга, в которых расположены подвижные элементы, образующие различные состояния объемной головоломки, и может быть использовано для обучения, развития моторики рук, мышления.
Уровень техники.
В настоящее время существует множество объёмных головоломок с подвижными секторами. Так известно из уровня техники объёмная головоломка с подвижными секторами, выполненными с возможностью изменения взаимного положения друг относительно друга, образующих различные состояния объемной головоломки, см. описание патента РФ №2667861, опубликован в 2018 г.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению и взято за прототип. Таким образом, предлагаемое в данном описании устройство будет описано в терминах отличий от прототипа. При этом техническая проблема данного изобретения - расширение арсенала объёмных головоломок с подвижными секторами. А достигаемый технический результат – реализация изобретением указанного назначения.
Раскрытие изобретения.
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить объёмную головоломку с подвижными секторами, выполненными с возможностью изменения взаимного положения друг относительно друга, в которых расположены подвижные элементы, образующие различные состояния объемной головоломки, позволяющую обеспечить расширение арсенала объёмных головоломок с подвижными секторами, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели, по меньшей мере, часть подвижных элементов выполнена в виде постоянных магнитов, а другая часть выполнена из материала, с магнитной восприимчивостью, при этом подвижные сектора имеют полости, в которых и расположены подвижные элементы, причем каждый подвижный элемент имеет возможность поворота в полости под действием других постоянных магнитов головоломки при изменении взаимного положения друг относительно друга подвижных секторов.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность использования магнитов и других подвижных элементов выполненных из материала, с магнитной восприимчивостью как существенных признаков самого устройства при отсутствии направляющих. Многовариантность их расположения в разных стационарных позициях головоломки обеспечивается за счет поворотом и магнитного взаимодействия и используется для увеличения числа различных позиций головоломки, что обеспечивает ее усложнение и разнообразие позиций.
Повороты магнитов и элементов, выполненных из материала с магнитной восприимчивостью, обеспечиваются как за счет притяжения различных магнитов так и за счет отталкивания.
Существует еще один возможный, но не обязательный вариант изобретения, в котором подвижные элементы имеют форму шара.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность простого исполнения поворотов подвижных элементов в виде шаров, шары могут поворачиваться на одном месте.
Существует также возможный вариант изобретения, в котором подвижные элементы имеют форму цилиндра.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность простого исполнения поворотов подвижных элементов в виде цилиндров, они могут поворачиваться на одном месте вокруг оси симметрии.
Существует также возможный вариант изобретения, в котором подвижные элементы соединены с декоративными элементами. Благодаря данной выгодной характеристике обеспечивается возможность декорирования магнитов. Кроме того декорация может использоваться для индикации пользователю о расположении магнитных полюсов.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает внешний вид объёмной головоломки в первом варианте, при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 2 условно изображает частичный вертикальный разрез первого варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 3 условно изображает еще один частичный вертикальный разрез первого варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 4 условно изображает расположение магнитных полюсов в одном положении первого варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 5 изображает внешний вид объёмной головоломки, во втором варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 6 условно изображает частичный вертикальный разрез второго варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 7 изображает внешний вид объёмной головоломки, в третьем варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 8 изображает внешний вид объёмной головоломки, в третьем варианте при котором магниты выполнены виде шаров, в процессе сдвига, согласно изобретению,
- фигура 9 изображает вид сверху объёмной головоломки, в третьем варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 10 условно изображает частичный вертикальный разрез третьего варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 11 изображает внешний вид объёмной головоломки, в четвёртом варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 12 условно изображает частичный горизонтальный разрез четвертого варианта исполнения изобретения, согласно изобретению,
- фигура 13 схематически изображает устройство головоломки, в пятом варианте при котором магниты выполнены виде цилиндров, перемещающихся по каналам и в виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 14 изображает внешний вид объёмной головоломки, в шестом варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 15 изображает внешний вид одного сектора в шестом варианте при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению,
- фигура 16 изображает частичный вертикальный разрез в шестом варианте, при котором магниты выполнены виде шаров, согласно изобретению.
На фигурах обозначены:
1 – подвижные сектора
2 – постоянные магниты
3 – неподвижные магниты
4 – полости
5 – неподвижная часть головоломки
6 – подвижные элементы
7 – направляющие
9 – необязательный малый магнит
10 – необязательный подшипник.
Согласно фигурам 1-16 объёмная головоломка имеет подвижные сектора 1, выполненные с возможностью изменения взаимного положения друг относительно друга, в которых расположены подвижные элементы, образующие различные состояния объемной головоломки. По меньшей мере часть подвижных элементов выполнена в виде постоянных магнитов 2, а другая часть выполнена из материала, с магнитной восприимчивостью. Могут также быть неподвижные магниты 3, которые необходимы для указывания магнитного влияния на подвижные элементы.
Подвижные сектора имеют полости 4, в которых и расположены подвижные элементы, причем каждый подвижный элемент имеет возможность поворота в полости под действием других постоянных магнитов головоломки при изменении взаимного положения друг относительно друга подвижных секторов.
Подвижные элементы могут иметь форму шара или цилиндра.
Подвижные элементы могут быть соединены с декоративными элементами. На фигурах не показаны.
Головоломка может иметь неподвижную часть 5, например центральную, относительно которой и перемещаются все остальные элементы.
На фигуре 13 показан вариант, когда одновременно присутствуют подвижные элементы, которые вращаются, оставаясь на месте в своей полости 4 и тем самым меняют ориентацию, а есть подвижные элементы 6, которые перемещаются по направляющим 7.
Каждый подвижный элемент или магнит может дополнительно иметь двуцветную окраску (или изображения), нанесенную на различные полушария или части элемента (обычно ориентируясь на магнитные полюса), чтобы пользователь мог наглядно отличать одну сторону магнита от другой.
При своем перемещении под действием магнитных полей магниты могут задевать дополнительные части головоломки, например, флажки, а также выполнять дополнительные функции, например, соединять электрически контакты.
В общем, могут одновременно использоваться подвижные и неподвижные магниты.
Стрелками на фигурах показано направление вращения подвижных секторов.
Осуществление изобретения.
Объёмная головоломка с подвижными секторами работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
Исходное положение объёмной головоломки с подвижными секторами такое, в котором вращающиеся на месте, незакрепленные шарообразные или цилиндрические магниты (элементы) разбиты попарно с внутренними, обычно спрятанными, постоянными закрепленными магнитами, таким образом, что сторона, окрашенная одним цветом или с одинаковым изображением вращающегося магнита обращена наружу под действием магнитного поля парного заклеенного магнита. После «перемешивания» - хаотичного передвижения подвижных секторов, внутренние пары закрепленных и вращающихся магнитов меняются. Последние поворачиваются наружу другой стороной (окраской) под действием магнитного поля внутренних магнитов, создавая хаотично выглядящую окраску разных элементов головоломки. Ставится задача вернуть объёмную головоломку с подвижными секторами в исходное положение.
Отметим, что вращения подвижных элементов происходят под действием магнитного поля внутренних магнитов, поля которых разнонаправленны, см. фиг.4. Наглядность процесса для пользователя обеспечивается различной окраской или различными изображениями, нанесенными на стороны элементов. Причем заведомо создается комбинация, где все элементы могут быть обращены наружу одной стороной, которая является исходным и финальным состоянием головоломки, а задача играющего состоит в том, чтобы создать хаотическое состояние, перемещением секторов, и потом решить головоломку, упорядочив цвета или изображения элементов.
В первом варианте, «UFO» см. фиг. 1-4 головоломка выполнена в виде цилиндра, поделенного на сектора, имеющего центральную неподвижную часть 5, относительно которого перемещаются подвижные сектора 1, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты 2 в виде шаров. На разрезе, см. фиг. 2 видно, что центральная неподвижная часть 5 может располагаться также между подвижными секторами и иметь спрятанные неподвижные магниты 3, которые влияют на ориентацию постоянных магнитов 2 при перемещении подвижных секторов 1, кроме того показан необязательный подшипник 10, обеспечивающий плавность вращения.
Во втором варианте «Бублик» см. фиг. 5-6 головоломка выполнена в виде тора, поделенного на сектора, имеющего центральную неподвижную часть 5, относительно которой перемещаются подвижные сектора 1, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты в виде шаров 2. На разрезе, см. фиг. 4 видно, что центральная часть может располагаться также между подвижными секторами и иметь спрятанные неподвижные магниты 3, которые влияют на ориентацию постоянных магнитов 2 при перемещении секторов 1.
В третьем варианте «Сириус» см. фиг. 7-10 головоломка выполнена в виде шара, поделенного на сектора, имеющего центральную неподвижную часть 5, относительно которой перемещаются подвижные сектора 1, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты 2 в виде шаров.
В четвертом варианте «Кольцо» см. фиг. 11-12 головоломка выполнена в виде двух цилиндров (колец) вставленных друг в друга, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты 2 в виде шаров. На разрезе, см. фиг. 7 видно, что подвижные цилиндры могут иметь спрятанные неподвижные магниты 3, которые влияют на ориентацию постоянных магнитов 2 при перемещении цилиндров.
В пятом варианте «Цикл Майя» см. фиг. 13 головоломка выполнена в виде диска, поделенного на подвижные сектора 1, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты в виде шаров 2. Кроме того, в этом варианте присутствуют подвижные элементы 6 в виде магнитов, перемещающиеся внутри полостей 4.
В шестом варианте «Сфера» см. фиг. 14-16 головоломка выполнена в виде шара, поделенного на подвижные сектора 1, в которых в полостях 4 расположены постоянные магниты 2 в виде шаров, а также неподвижные магниты 3.
Пример осуществления 1. Головоломка «UFO».
См. фигуры 1-4. В этом варианте используются шестнадцать шариков, окрашенных в два цвета. Они свободно могут поворачиваться каждый в своей полости. Они расположены по восемь с каждой стороны головоломки. Их ориентация меняется в зависимости от восьми скрытых фиксированных магнитов. Магниты размещены по двое в каждом секторе, сектора могут перемещаться по кругу. Благодаря тому, что головоломка может вращаться по оси Х и по оси Y (см. фиг. 1) подвижные сектора 1 могут перемешиваться, причем существует состояние, в котором постоянные магниты 2 подобраны таким образом, что окрашенная сторона будет повернута вовне или внутрь на всех шариках одновременно. В перемешенном же состоянии стороны шариков хаотичны.
Задача игрока состоит в том, чтобы собрать все шарики по цветам (одним цветом наружу), что является нетривиальной задачей. Для дополнительного игрового эффекта, чтобы было приятно крутить в руках, центральная часть закреплена к корпусу с помощью необязательного подшипника 10. Это позволяет крутить головоломку в руках с огромной скоростью, держа центры с противоположных сторон двумя пальцами на подобии «спиннера».
На фигуре 2 показан разрез устройства по оси Х не через постоянные магниты 2, а на фигуре 3 показан разрез устройства по оси Х через постоянные магниты 2. На фигуре 4 показано перемешанное размещение полюсов внутренних магнитов.
Пример осуществления 2. Головоломка «Бублик»
См. фигуры 5-6. Головоломка «Бублик» представляет из себя кольцо, надетое на диск. Кольцо и диск состоят из четырех частей. В центре диска - механизм аналогичный механизму кубика Рубика 2х2х2, который позволяет переворачивать части диска вокруг двух осей. Подвижные сектора 1 могут поворачиваться относительно диска. Таким образом, сектора могут перемешиваться. Постоянные магниты 2 находятся напротив закрепленных неподвижных магнитов 3, и ориентируются их магнитным полем. Так как постоянные магниты 2 не заклеены в своей полости, а неподвижные магниты 3 имеют разнонаправленное магнитное поле, то, поворачивая подвижные сектора 1 вокруг диска, постоянные магниты встанут попеременно напротив различно направленных неподвижных магнитов 3. При перемене направленности поля, постоянные магниты 2 будут поворачиваться разной стороной внутри своей полости. Причем разные стороны постоянных магнитов 2 окрашены по-разному. Таким образом, прокручивая подвижные сектора 1 вокруг диска - играющий будет видеть меняющуюся картину из разноцветно окрашенных постоянных магнитов 2. Возможность перемешивания вокруг дополнительных осей усиливает количество комбинаций. Неподвижные магниты 3 и окраска постоянных магнитов 2 подобраны таким образом, что существует комбинаций, когда все постоянные магниты 2 снаружи выглядят одного цвета и противоположная комбинаций - другого цвета. Задача играющего состоит в том, чтобы найти такую комбинацию, игнорируя все промежуточные перемешанные комбинации.
Пример осуществления 3. Головоломка «Сириус»
См. фигуры 7-10. Идея третьего варианта головоломки заключается том, чтобы выставить все шарообразные магниты которые выступают немного над поверхностью. В этом варианте их двенадцать, но может быть другое число. Они могут располагаться одной окрашенной или помеченной картинкой стороной наружу. Шарообразные постоянные магниты 2 свободно вращаются в своих полостях 4, не выпадая, Внутренние неподвижные магниты 3 спрятаны за внешними и встроены во внутреннюю деталь, они всегда ориентированы магнитными полюсами в зафиксированном положении.
Внешние круглые постоянные магниты 2 перемещаются вместе с подвижными секторами 1 как вдоль экватора, так и вдоль меридиана (головоломка в этом случае как бы разрезается на две части). Таким образом, подвижные сектора 1 могут быть перемешаны играющим, переведены с «южного» полушария на «северный» и обратно, или перемешаю в своей последовательности.
Благодаря тому, что внутренние неподвижные магниты 3 закреплены и ориентированные полюсами в разные стороны, при каждом перемещении подвижных секторов 1, встроенные постоянные магниты 2 будут поворачиваться разной стороной, ориентируясь на положение внутренних неподвижных магнитов 3. Так как разные стороны внешних постоянных магнитов 2 имеют разный вид (покрашены разными цветами или имеют картинку или метку/метки на разных сторонах), то такое перемещение секторов будет приводить к разной комбинации внешнего вида постоянных магнитов 2.
Например, постоянные магниты 2 могут быть окрашены синим и красным цветом с двух сторон, или могут иметь изображения открытых и закрытых глаз, или нумерацию на одной стороне и отсутствие нумерации с другой.
Внутренние и внешние магниты подбираются таким образом, чтобы как минимум одно их состояние соответствовало тому, что все помеченные или окрашенные одним цветом постоянные магниты 2 смотрят наружу одним и тем же полюсом. Однако световая индикация не соответствует полезности магнитов, а выглядит хаотично.
Задача игрока состоит в том, чтобы сначала запутать состояние головоломки, например, чтобы помеченные одним цветом и другим стороны магнитных шаров выглядели хаотично. А потом - собрать из запутанного состояния, собрав все стороны магнитов одного цвета наружу, а все другого цвета внутрь. Практика показывает, что это хитрая и нетривиальная задача, которая может занять много времени.
Пример осуществления 4. Головоломка «Кольцо»
См. фигуры 11-12. В этом варианте головоломки используются два кольца (цилиндра), которые могут двигаться относительно друг друга.
Во внешнем кольце встроены шарообразные постоянные магниты 2, которые свободно вращаются в своих обоймах. Во внутреннем кольце скрыты постоянные неподвижные магниты 3, которые своим полем ориентируют шарообразные постоянные магниты 2, находящиеся напротив них.
Каждый ход-перемещение колец приводит к новой цветовой комбинации из-за того, что полюса внутренних магнитов направленны в разные стороны, а разные стороны постоянных магнитов 2 окрашены по-разному. Из-за ограниченного количества комбинаций и вращения только вокруг одной оси, кольцо является очень простой головоломкой и все комбинации будут легко проверены играющим достаточно быстро. Однако оно полезно как антистрессовая игрушка наподобие четок, может быть использовано для кручения в руках, и будет завораживать пользователя каждый раз новой комбинацией цветов или изображений при каждом шаге-повороте.
Пример осуществления 5. Головоломка «Цикл Майя»
См. фигуру 13. В этом варианте головоломки совмещены принципы разворачивающихся магнитных шаров из текущего патента и перемещающихся магнитных цилиндров по направляющим из патента РФ №2667861.
Диск A и надетые на него кольца B, C, D могут перемещаться относительно друг друга вокруг общего центра. Неподвижные магниты 3 встроены в диск А, и влияют на расположение перемещающихся цилиндрических подвижных элементов 6 в виде магнитов внутри направляющих 7, выталкивая их или притягивая в зависимости от текущего относительного положения колец А и Б и относительной полярности неподвижных магнитов 3 и 6. В случае если магнит перемещен внутрь кольца С, он будет влиять на шарообразный постоянный магнит 2, ориентируя его той или иной стороной (постоянный магнит 2 окрашен разными цветами с разных сторон или иметь разные изображения).
Необязательный малый магнит 9 ориентирует постоянный магнит 2 в промежуточном положении для определенности. Так как если подвижный элемент 6 в виде магнита находится далеко, то он не оказывает достаточного влияния на ориентацию постоянного магнита 2.
Задача игрока состоит в том, чтобы добиться одинаковой ориентации постоянных магнитов 2 одинаковой окрашенной стороной наружу или внутрь, что является достаточно хитроумной задачей.
Пример осуществления 6. Головоломка «Сфера».
См. фигуры 14-16. Этот вариант головоломки состоит из восьми одинаковых секций, которые могут вращаться вокруг трех осей, как в кубике рубрике 2x2x2. Собственно его стандартный механизм и используется внутри. На каждой секции в данном случае есть по три постоянных магнита 2 в виде шара, расположенных с трех разных сторон секции. Кроме того, внутри каждой секции в глубине есть магнит, который своим магнитным полюсом смотрит на соответствующий ему магнитный шар соседней секции, ориентируя его так, что в зависимости от направления магнитного поля, шар поворачивается одной или другой стороной наружу, показывая различную окраску или рисунок (например, рисунок открытого и закрытого глаза).
Схематичное изображение разреза показано на фигуре 16.
Внутренние спрятанные магниты в разных секторах вставлены магнитным полюсом, ориентированным по-разному. Задача игрока состоит в том, чтобы поменять ориентацию всех круглых магнитов таким образом, чтобы они были ориентированы одинаковым цветом наружу, то есть, привести головоломку из хаотичного состояния в упорядоченное, что является весьма сложной задачей.
Промышленная применимость.
Объёмная головоломка с подвижными секторами может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец объёмной головоломки с подвижными секторами.
Испытания опытного образца объёмной головоломки с подвижными секторами показали, что она:
- позволяет легко перемещать подвижные сектора, сохраняя целостность,
- при перемещении подвижных секторов магниты, расположенные в полых направляющих или в направляющих в виде шарниров, приходят во взаимодействие друг с другом и меняют положение относительного подвижного сектора зависимости от окружения.