專利名稱：磁性和電子玩具積木單元的制作方法
磁性和電子玩具積木單元
本發(fā)明是申請日為2008年7月9日、申請?zhí)枮?00880106006. X、發(fā)明名稱為“磁性和電子玩具積木單元”的發(fā)明專利申請的分案申請。
本申請要求享有美國臨時專利申請系列——2007年7月9日提交的 No. 60/948, 631,2007 年 7 月 20 日提交的 No. 60/951, 071,2007 年 10 月 11 日提交的 No. 60/979, 290,2008年2月15日提交的No. 61/029, 241,以及2008年7月8日提交的美國申請No. 12/169，159的權益，上述申請的公開內(nèi)容在此通過引用全部結合進來。技術領域
本發(fā)明一般地涉及磁性積木套件，更具體地涉及便于方便及快速構建穩(wěn)定、導電、 大型積木的磁性積木單元。
背景技術：
操作磁性積木玩具組件的主要挑戰(zhàn)是建造保持足夠穩(wěn)定性的大型、復雜結構的能力。典型地，磁性積木套件包括使用戶能夠設計和建造不同結構的各種磁性和鐵磁單元?；咎准?1)兩端具有磁體的桿，和O)以不同角度結合桿并且不受磁體極性限制的鐵磁球或球體。更加先進的套件還包括附接到磁性桿和鐵磁球的面板，所述附接或者是機械地或者是通過設置在面板中的額外磁體。這些面板可以是例如三角形、正方形或者矩形形狀，并且可以通過閉合桿與球體之間的開口而增加積木的穩(wěn)定性和外觀美觀性。
雖然提供各種積木單元允許用戶在建造大型結構的核心部件時具有靈活性，但是眾多小零件會很難處理，并且需要花費很長時間來構建。因此，例如在建造摩天樓模型時， 用戶可能不得不重復地組裝許多立方體、四面體或錐體子組件，以將它們結合在一起，并作為結構的基礎。每個子組件可能需要操縱和附接許多單元。例如，一個立方體可能需要十二個磁性桿、八個鐵磁球和六個面板。一般子組件(例如四面體、錐體或立方體)的重復構建對于試圖建造穩(wěn)定的大型結構的人來說可能是單調(diào)的。此外，非磁性支撐面板的使用使子組件的構建更加復雜，這是因為需要將面板部分插入到部分建造的子組件中。
同樣，看出較大型的桿部件是有利的，因為它們允許更大型積木的組裝。然而，已知的磁性單元積木套件典型地需要使用標準長度桿。因此，很難將具有一個尺度的桿與另一個尺度的桿一起使用。
因此，仍然需要能夠方便且快速組裝在一起、并且能夠與其他積木單元和子組件形成一體來建造穩(wěn)定、大型積木的磁性積木單元。同樣需要這種視覺上有趣、可愛并且具有美學吸引力的積木。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式提供了便于方便及快速構建穩(wěn)定、大型積木的磁性積木單元。
本發(fā)明的一個實施方式提供了一體式面板單元，其包括面板部分和多個各包含磁體的磁體圍裝部分。每個磁體具有偶極軸線(北極到南極的軸線)。面板單元的面板部分大體在χ-y平面中延伸，并且將磁體支撐為相對于彼此處于固定關系。優(yōu)選地，磁體由面板部分支撐，從而多個磁體的偶極軸線共面且并不對準，從而每個磁體的偶極軸線與相鄰磁體的偶極軸線相交。將磁體布置成使得相應偶極軸線在與相鄰磁體的軸線的交點之間的線段限定出簡單的多邊幾何形狀，例如等邊三角形、正方形、菱形、規(guī)則五邊形、規(guī)則六邊形等寸。重要的是，對于由幾何圖形限定的多邊形的每個邊來說，在面板單元中只提供一個邊緣磁體。因而，例如，在與相鄰磁體軸線的交點限定出等邊三角形的“三角形”面板單元中，面板單元只包括三個沿單元邊緣的磁體(額外的磁體可以可選地設置在面板單元內(nèi))。 由于這種布置，面板單元適于與一個或多個相同的面板單元互相連接或嵌套，從而面板單元的至少一個磁體的軸線與其他面板單元的至少一個磁體的軸線同線。當與包括球形鐵磁球的套件一起使用時，嵌套的面板單元布置得到了僅由球和面板單元形成的極其穩(wěn)定的積木，而不必使用單獨的小型磁性桿件。面板單元的各種構造都是可能的。雖然面板部分可以是或者可以不是嚴格的多邊形，但是面板單元將具有與沿其邊緣支撐的磁體的數(shù)量對應的大體為多邊形的結構。因此， 面板單元可以成形為是例如三角形(三個邊緣磁體)、正方形(四個邊緣磁體)、菱形或斜方形(四個邊緣磁體)、五邊形(五個邊緣磁體)或者六邊形(六個邊緣磁體)。磁體優(yōu)選從面板部分的邊緣突出，并且可以將每個磁體定位成使其偶極(北極到南極)軸線與邊緣大體平行?？梢詫⒋朋w的面定位在面板形狀的轉(zhuǎn)角附近?？梢愿淖兇朋w與面板部分的邊緣的對準，只要維持偶極軸線關系并且這種構造允許與相同的面板單元嵌套即可。在這方面， 磁體圍裝部分占據(jù)面板單元的邊的不超過一半(優(yōu)選為稍小些)是很重要的。這樣，兩個類似大小及形狀的面板單元可以嵌套在一起，并且結合到公共的鐵磁球。這種嵌套布置還可以提供兩個面板之間的鉸鏈，從而每個面板可以相對于兩個相應嵌套的磁體圍裝部分的共軸的磁軸線轉(zhuǎn)動。此外，面板可以包括附接到沿面板邊緣延伸的磁體的導體，從而當兩個面板嵌套時，導體彼此接觸并且在兩個面板的磁體之間形成連續(xù)磁和/或電路徑。本發(fā)明的另一個實施方式提供了一種適于與較小型磁性積木套件一起使用的改進的較大型桿組件。本發(fā)明的改進的桿組件包括“球部分”和多個桿部分，它們彼此一體結合，從而桿部分和球部分的對準是固定的。例如，桿和球單元的一個實現(xiàn)是包括在兩個桿之間一體結合到兩該個桿的球，其中磁體設置在桿的與球相對的端部處?？梢詫U定位成共線并且永久性地附連到球，從而提供基本的長桿單元。通過將每個桿部分的尺寸設計為與桿單元的長度相同，并且通過使用與較小型磁性積木套件中的鐵磁球具有相同尺寸的球部分，就可以將該改進的桿積木與較小型套件的部件一起使用，從而增加游戲價值。本發(fā)明的另一個實施方式提供了一種具有“H”形形狀的單元。該H-形單元可以包括由中心支柱一體結合的兩個磁性桿部分，從而桿部分和中心支柱相對于彼此的對準是固定的。桿部分每個具有兩端，其中磁體設置在每端處。優(yōu)選地，桿部分和支柱是共面的，并且磁體的北極到南極(偶極)軸線大體垂直于支柱的縱軸線。該H-形單元可以附接到四個鐵磁球，從而提供在其上建造其他單元的穩(wěn)定基礎，例如，建造具有正方形基部的錐體。本發(fā)明的其他實施方式提供了為大型磁性積木增加穩(wěn)定性和美學上令人愉悅的外觀的可替換構造的磁性積木單元。本發(fā)明的其他實施方式提供了導電磁性積木單元和照明單元。
本發(fā)明的其他實施方式提供了機械運動，例如，鉸鏈和輪。
本發(fā)明的其他實施方式提供了能夠在其上建造構筑積木組件并且能夠旋轉(zhuǎn)的積木支撐件。
本發(fā)明的其他實施方式提供了一種不共面的磁性積木單元，其允許用戶建造在看上去閉合的積木上。


圖IA和IB為分別示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的三角形面板單元的平面圖和透視圖的示意圖。
圖IC為根據(jù)本發(fā)明實施方式的圖IA和IB的三角形面板單元的嵌套組件的示意圖。
圖2A和2B為分別示出根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的另一種三角形面板單元的透視圖和平面圖的示意圖。
圖2C為根據(jù)本發(fā)明實施方式的圖2A和2B的三角形面板單元的嵌套組件的示意圖。
圖2D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的圖2A和2B的三角形面板單元的嵌套組件和鉸鏈運動的示意圖。
圖2E為示出根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的骨架狀三角形面板單元的仰視平面圖的示意圖。
圖2F為示出圖2E的骨架狀三角形面板單元的俯視平面圖的示意圖。
圖2G為示出圖2E的骨架狀三角形面板單元的底部透視圖的示意圖。
圖2H為示出圖2E的骨架狀三角形面板單元的側(cè)視圖的示意圖，其朝向垂直于單元的磁體的軸線方向。
圖21為示出圖2E的骨架狀三角形面板單元的另一個側(cè)視圖的示意圖，其朝向與單元的磁體的軸線同軸的方向。
圖3A為示出根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的另一個示例性三角形面板單元的平面示意圖。
圖3B、3C和3D為分別示出根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的菱形(斜方形)面板單元、五邊形面板單元和正方形面板單元的示意圖。
圖3E為示出根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的骨架狀正方形面板單元的俯視平面圖的示意圖。
圖3F為示出圖3E的骨架狀正方形面板單元的仰視平面圖的示意圖。
圖3G為示出圖3E的骨架狀正方形面板單元的俯視透視圖的示意圖。
圖3H為示出圖3E的骨架狀正方形面板單元的仰視透視圖的示意圖。
圖31為示出圖3E的骨架狀正方形面板單元的側(cè)視圖的示意圖，其朝向與單元的兩個磁體的軸線同軸并且垂直于另兩個磁體軸線的方向。
圖3J為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的兩個嵌套的正方形面板單元的示意圖。
圖3K為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的兩個帶有鐵磁球體的嵌套正方形面板單元的示意圖。
圖3L為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的包括兩個三角形面板和兩個球體的鉸鏈狀積木的平面圖的示意圖。圖3M為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的包括兩個正方形面板和兩個球體的鉸鏈狀積木的平面圖的示意圖。圖3N為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的包括三角形面板和正方形面板以及兩個球體的鉸鏈狀積木的平面圖的示意圖。圖4A-5K為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的一體形成的大型桿的示意圖。圖5L為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的每個具有三個桿和兩個中間金屬球、設置在有軌電車之上的長三節(jié)桿的示意圖，其中有軌電車中的座間隔開以便與長三節(jié)桿的間隔開的球協(xié)作。圖6為根據(jù)本發(fā)明實施方式的使用圖4B的一體形成的大型桿和圖IA與IB的三角形面板單元的示例性積木的示意圖。圖7A-8為根據(jù)本發(fā)明實施方式的H-形單元的示意圖。圖9A和9B為根據(jù)本發(fā)明實施方式的X-形單元的示意圖。圖10為根據(jù)本發(fā)明實施方式的鏈單元的示意圖。圖IlA為根據(jù)本發(fā)明實施方式的彈簧桿單元的示意圖。圖IlB為根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有內(nèi)部彈簧的桿單元的示意圖。圖12為根據(jù)本發(fā)明實施方式的正方形鏈接單元的示意圖。圖13為根據(jù)本發(fā)明實施方式的三角性桿的示意圖。圖14A-14G為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的一體式球和面板單元的示意圖。圖15為根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有連接支柱的雙正方形鏈接單元示意圖。圖16為根據(jù)本發(fā)明實施方式的圓形連接器單元的示意圖。圖17為根據(jù)本發(fā)明實施方式的彎曲面板單元的示意圖。圖18為根據(jù)本發(fā)明實施方式的中空鐵磁球的示意圖。圖19A-19C為根據(jù)本發(fā)明實施方式的積木單元的示意圖，該積木單元具有用于在大體垂直于該單元的磁體與其他積木單元聯(lián)接所在平面的方向上附接額外零件的裝置。圖20A為根據(jù)本發(fā)明實施方式的經(jīng)由凸-凹接頭附接到三角形面板單元的三角形單元的示意圖。圖20B為根據(jù)本發(fā)明實施方式的適于連接到面板單元的示例性三角形封閉面板的正視透視圖的示意圖。圖20C為圖20B的封閉面板的后視透視圖的示意圖。圖20D和20E為圖20B的封閉面板的側(cè)視圖的示意圖。圖20F為根據(jù)本發(fā)明實施方式的適于連接到面板單元的示例性正方形封閉面板的正視透視圖的示意圖。圖20G為圖20F的封閉面板的后視透視圖的示意圖。圖20H和201為圖20F的封閉面板的側(cè)視圖的示意圖。圖20J-20N為根據(jù)本發(fā)明實施方式的示例性六邊形封閉面板的示意圖。圖21為根據(jù)本發(fā)明實施方式的經(jīng)由凸-凹接頭附接到三角形面板單元的桿的示意圖。
圖22為根據(jù)本發(fā)明實施方式的經(jīng)由凸-凹接頭附接到三角形面板單元的大型桿單元的示意圖。
圖23為根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板的透視圖的示意圖。
圖M為圖23的供電基板的示意圖，其中，拆除了存儲容器。
圖25為根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的供電基板的分解透視圖的示意圖。
圖沈為根據(jù)本發(fā)明實施方式的導電鐵磁建造表面的平面圖的示意圖。
圖27為根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板的橫截面視圖的示意圖。
圖觀為根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電建造平臺的內(nèi)壁的透視圖的示意圖。
圖四為根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板的示例性操作的示意圖。
圖30為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的結合在一起以便傳導電流并且形成附接到供電基板并且由供電基板供電的積木組件的一部分的示例性導電元件和導電電子單元的示意圖。
圖31A-31C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的導電磁性桿的結構的示意圖。
圖32A-32C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有諸如發(fā)光模塊的電子部件的導電電子磁性桿的結構的示意圖。
圖33A-33C為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的具有電子控制部件的導電電子磁性桿的結構的示意圖。
圖34A-34B為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的導電電子磁性面板單元的示意圖。
圖35A-35D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于組裝導電磁性積木組件的示例性部件的示例性方法的示意圖。
圖35E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的使用導電三角形面板單元的導電磁性積木的示意圖。
圖36A-36C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的示例性旅行箱的示意圖。
圖37A為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的示例性輪單元的示意圖。
圖37B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的磁性積木單元和輪單元的組件的示意圖。
圖38A-38E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的雙軸積木單元的示意圖。
圖39A-39D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的正方形鉸鏈單元的示意圖。
圖40A-40D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的積木支撐件的示意圖。
圖41A-41E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的輪組件的示意圖。
圖42A-42D為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的另一種輪組件的示意圖。
圖43A-43C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的旋轉(zhuǎn)器單元的示意圖。
圖44A-44E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的x_四邊形桿單元的示意圖。
圖45A-45C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的連接器單元的示意圖。
圖46A-46D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的小輪組件的示意圖。
圖47A-47E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的照明封閉面板的示意圖。
圖48A-48C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的小輪基部的示意圖。
圖49A-49B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的半有軌電車(tram)主軸的示意圖。
圖50A-50B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的球體主軸的示意圖。
圖51A-51B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的可逆面板的示意圖。
圖52A-52B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的彎曲建筑面板的示意圖。
圖53A-53C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有金屬插入件的立柱的示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的實施方式提供了大體在x-y平面中延伸(雖然在ζ-方向上具有一些厚度)的面板單元。面板單元為一體式結構，其包括面板部分和多個均保持為相對于彼此固定的空間關系的磁體包含部分。每個磁體具有偶極軸線(北極到南極的軸線)。面板單元的面板部分大體在χ-y平面中延伸，以便將磁體支撐為相對于彼此的固定關系中。優(yōu)選地， 磁體由面板部分支撐，從而多個磁體的偶極軸線共面且并不對準，從而每個磁體的軸線與相鄰磁體的軸線相交。將磁體布置成使得相應偶極軸線在相鄰磁體軸線的交點之間的線段限定出簡單的多邊幾何形狀，例如等邊三角形、正方形、菱形、規(guī)則五邊形、規(guī)則六邊形等寸。
重要的是，對于由幾何圖形限定的多邊形的每個邊來說，在面板單元中只提供一個邊緣磁體。因而，例如，在與相鄰磁體軸線的交點限定出等邊三角形的“三角形”面板單元中，面板單元只包括三個沿單元邊緣的磁體(額外的磁體可以可選地設置在面板單元內(nèi))。 由于這種布置，面板單元適于與一個或多個相同的面板單元互相連接或嵌套，從而面板單元的至少一個磁體的偶極軸線與其他面板單元的至少一個磁體的偶極軸線同線。當與包括球形鐵磁球的套件一起使用時，嵌套的面板單元布置得到了僅由球和面板單元形成的極其穩(wěn)定的積木，而不必使用單獨的小型磁性桿件。
面板單元的各種構造都是可能的。雖然面板部分可以是或者可以不是嚴格的多邊形，但是面板單元將具有與沿其邊緣支撐的磁體的數(shù)量對應的大體為多邊形的結構。因此， 面板單元可以成形為是例如三角形(三個邊緣磁體)、正方形(四個邊緣磁體)、菱形或斜方形(四個邊緣磁體)、五邊形(五個邊緣磁體)或者六邊形(六個邊緣磁體)。磁體優(yōu)選從面板部分的邊緣突出，并且可以將每個磁體定位成使其偶極(北極到南極)軸線與邊緣大體平行?？梢詫⒋朋w的面定位在面板形狀的轉(zhuǎn)角附近?？梢愿淖兇朋w與面板部分的邊緣的對準，但是有利的是保持上述的偶極軸線的關系并且保持允許與相同面板單元嵌套的構造。在這方面，磁體圍裝部分占據(jù)面板單元的邊的不超過一半(優(yōu)選為稍小些)是很重要的。這樣，兩個類似大小及形狀的面板單元可以嵌套在一起，并且結合到公共的鐵磁球。
雖然由于各種原因，包括美學價值、用材最小、結構性能和額外的結構效用，這里所描述的具體面板構造是優(yōu)選的，但是當與其他面板和鐵磁球體協(xié)作時，偶極磁體的固定取向本身具有明顯的游戲價值。在這種情況下，本質(zhì)特征為由面板的非磁性部分保持的磁體取向。
磁體優(yōu)選為沿軸線延伸的基本為圓柱形的磁體。每個面板包括三個或更多個磁體，優(yōu)選具有相同的大小和形狀(圓柱形)。將面板設計為使得每個磁體緊固在非磁性材料中，使得磁體相對于彼此的取向基本上固定。優(yōu)選地，磁體的取向為使所有磁體的圓柱形軸線基本共面。此外，磁體的軸線優(yōu)選在限定多邊形頂點的點處相交。在優(yōu)選實施方式中，具有由共面磁體軸線的交點限定的頂點的多邊形的邊的數(shù)目與共面磁體的數(shù)目相同。從而， 例如，如果面板件具有三個共面磁體，則多邊形將具有三個邊，并且如果面板件具有四個共面磁體，則多邊形優(yōu)選具有四個邊。最優(yōu)選的是，該多邊形為規(guī)則多邊形，例如，等邊三角形、正方形等。雖然不是必要的，但是優(yōu)選的是，由于美學和結構原因，面板的非磁性部分的構造大體符合具有由共面磁體軸線的交點限定的頂點的多邊形的形狀。從而，例如，具有三個共面磁體的件將具有大體為三角形的形狀，具有四個共面磁體的件將具有矩形(優(yōu)選為正方形)形狀，具有五個邊的件將具有五邊形形狀，等等。雖然這些件具有“大體”多邊形的形狀，但是本發(fā)明的重要方面在于，以下述方式將磁體緊固在多邊形形狀的外周邊處，即允許相鄰件“嵌套”到彼此中，從而這些件能夠布置成使得一個面板的一個磁體的圓柱形軸線能夠?qū)?，從而其與相同大小的另一個面板的一個磁體的圓柱形軸線基本共線，同時被阻止與其他面板接觸。當具有這種結構的件與合適尺寸的球體形鐵磁球一起使用時，相鄰面板能夠以獨特的鉸鏈狀方式移動，即使相鄰面板之間無接觸并且沒有額外的支撐件延伸在這些銷之間也如此。這種鉸鏈狀移動對于積木玩具領域來說是獨特的，并且對于包括這種特征的積木玩具套件的游戲價值作出了很大貢獻。作為這種實施方式的例子，圖IA和IB示出了一體構成的三角形面板單元102，其具有中心面板部分104和包含在永久性地附接到中心面板104邊緣的磁體圍裝部分106內(nèi)的三個磁體，其中每個磁體圍裝部分占據(jù)邊緣的不超過一半的長度。磁體圍裝部分106每個均包括一個磁體108(例如，圓柱形磁體)，該磁體108具有定位成鄰近由中心面板104表示的三角形的轉(zhuǎn)角的面，并且其北極到南極的軸線定位成與邊緣大體平行。雖然在圖IA和 IB的實施方式中已經(jīng)去除了中心面板104的三角形轉(zhuǎn)角，但是也可以如圖3A所示保持轉(zhuǎn)角。在任何情況下，三個磁體108的偶極軸線沿限定等邊三角形的邊的線延伸。磁體108相對于中心面板104的取向能使面板102能夠與特殊嵌套組件中的其他類似構建的面板結合在一起，該組件的例子在圖IC中示出。組件110包括三個面板單元 102，該三個面板單元102彼此嵌套并且由四個鐵磁球112結合以形成基本為四面體的結構。面板單元102之間的嵌套提供了面板單元102與鐵磁球112之間的磁性、機械和摩擦配合(例如，磁體圍裝部分106的非磁體端之間)，以提供改善的穩(wěn)定性。類似的多面體結構可以由正方形面板單元(例如，參見圖3D)、矩形面板單元、菱形面板單元(例如，參見圖 3B)和五邊形面板單元(例如，參見圖3C)建造。在其他實施方式中，面板102可以包括在每個磁體圍裝部分106內(nèi)的電和/或磁導體，該電和/或磁導體與磁體108接觸并且延伸到磁體圍裝部分106的與磁體108相對的端部。這樣，當多個面板102例如如圖IC所示彼此嵌套時，導體彼此接觸以在整個組裝件上提供完全的電路和/或磁路。圖IC中通過塊103a和10 表示了兩個彼此接觸的內(nèi)部導體(以及它們相應的磁體)的例子。電磁導體可以包括例如鋼制插頭。這種導體使得能實現(xiàn)更堅固的磁性連接。例如，鐵磁球可以附接到具有相反極性的兩個磁體，這在球中產(chǎn)生了南北極。重復這種連接確保了極性連續(xù)地穿過導體以及整個組裝件，這使磁性的分散最小，并且產(chǎn)生了使部件之間的磁吸力最大的磁路。除了使得磁性積木能夠更堅固之外，導體還可以提供導電的磁性積木，其將在下面進行更加詳細的描述。除了嵌套面板單元以形成多邊形結構外，面板單元可以彼此夾在一起，使它們的面彼此接觸。例如，再次參見圖IA和1B，兩個三角形面板單元102可以夾在一起，使中心
9面板104的面彼此接觸，并且使面板單元102相對彼此徑向偏移，從而半桿106彼此之間交替，以形成三角形面板，該三角形面板能夠在其三個轉(zhuǎn)角中的每個轉(zhuǎn)角處磁聯(lián)接于鐵磁球。
圖2A和2B示出了根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的另一個三角形面板單元202。在這個例子中，三角形面板單元202包括中心體部204，三個臂205從該中心體部204延伸。 磁體208設置在臂205的遠端處，其中磁體208的北極到南極的軸線的取向類似于圖IA和 IB的面板單元102的磁體108，即，沿限定等邊三角形的邊的線延伸。如面板單元102的磁體圍裝部分106 —樣，柵極單元202的磁體殼體206占據(jù)等邊三角形的邊的不超過一半。 面板單元202可以一體模制的零件，例如通過將磁體放置在模具中并在其周圍進行夾物模壓來得到?；蛘?，中心體部204、臂205和殼體206可以一體模制成具有形成在殼體206中的磁體凹部，并且在后模制過程中，磁體可粘接或焊接在凹部中的適當位置，也許是通過粘接或焊接在適當位置并緊固在磁體上方的蓋來實現(xiàn)。正如圖2A所示，夾物模壓的或粘接的蓋可以是凹入的，并且包括露出磁體的面的開口 207，以允許磁體與鐵磁球之間的確定的可靠接觸。這種接觸使得磁路和電路能夠完整。中心體部204和臂205還可以包括減少單元 202中所使用材料的量的凹部或開口，以減少零件的重量和成本，同時還可以提供下面將更加詳細討論的額外的機械接頭。
面板單元202中的磁體的取向及位置使得能夠得到類似于前面所述那些嵌套組件的嵌套組件。圖2C示出了四個面板單元202和四個鐵磁球的嵌套組件，形成了四面體結構。為了更加清晰，圖2D示出了在增加第三和第四面板單元202以形成圖2C的四面體結構之前的兩個嵌套且磁聯(lián)接的面板單元202。通過將該四個面板單元202嵌套并且經(jīng)由四個鐵磁球彼此磁聯(lián)接，所產(chǎn)生的四面體結構是剛性且堅固的，并且可以用作穩(wěn)定的大型磁性積木的核心部件。此外，圖2D的兩個面板單元結構能夠提供有用且有趣的機械運動，實際上如鉸鏈那樣起作用。例如，圖2D中的每個面板單元202能夠相對于連接鐵磁球222和 2M的中心的線樞轉(zhuǎn)。類似的鉸鏈狀積木可以由具有其他形狀的面板形成，其他形狀例如正方形、矩形、菱形(斜方形)和五邊形。
圖2E-2I示出了根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的骨架狀三角形面板單元252。在這個例子中，面板單元252包括中心體部254，三對臂255從中心體部2M延伸。磁體258設置在臂255的遠端處，使得磁體258的北極到南極的軸線方向類似于圖IA和IB的面板單元102的磁體108，即，沿限定等邊三角形的邊的線延伸。正如面板單元102的磁體圍裝部分106，面板單元252的磁體殼體256占據(jù)等邊三角形的邊的不超過一半。面板單元252可以是模制零件，或者一體形成或者由粘接或焊接在一起(正如前面參考面板單元202描述的)的各部分形成。正如圖2G和2H中最佳所示，磁體殼體256可以是凹入的，并且包括露出磁體258的面的開口 257，以允許磁體與鐵磁球之間的確定的可靠接觸。這種接觸使得磁路和電路能夠完整。
如圖2E-2G所示，中心體部254、臂255和磁體殼體256可以限定減少單元252中所使用材料的量的凹部或開口 264，以減少零件的重量和成本，同時仍然提供必需的結構支撐。此外，在這個具體的實現(xiàn)中，正如圖2H和21最佳所示，臂255的厚度可以從中心體部 254到磁體殼體256增大，以使面板單元252中所使用的材料的量最小化，同時仍然為面板單元252提供符合典型消費者安全標準所必需的剛性和強度。凹部和開口還可以提供下面將要更加詳細討論的額外的機械接頭。
類似于圖2E-2I的骨架狀三角形面板單元252，圖3E-3I示出了根據(jù)本發(fā)明另一個可替換實施方式的骨架狀正方形面板單元352。在這個例子中，面板單元352包括中心體部354，四個臂35 從中心體部3M延伸。磁體358設置在臂35 的遠端處，使得磁體 358的北極到南極的軸線的取向類似于圖3D的面板單元的磁體，即，沿限定正方形的邊的線延伸。正如圖3D的面板單元的磁體圍裝部分，面板單元352的磁體殼體356占據(jù)了正方形的邊的不超過一半。面板單元352還包括周邊構件35 ，每個周邊構件35 在臂35 與磁體殼體356之間延伸，所述磁體殼體356鄰近臂35 連接到其上的磁體殼體356。正如圖3E和3F最佳所示，周邊構件35 合在一起近似于正方形，并且使面板單元352具有更好的結構強度和剛性。面板單元352可以是模制零件，或者一體形成或者由粘接或焊接在一起(正如前面參考面板單元202描述的)的各部分形成。正如圖3G和3H最佳所示， 磁體殼體356可以是凹入的，并且包括露出磁體358的面的開口 357，以允許磁體與鐵磁球之間的確定的可靠接觸。這種接觸使得磁路和電路能夠完整。如圖3E-3G所示，中心體部354、臂35 、周邊構件35 和磁體殼體356可以限定減少單元352中所使用材料的量的凹部或開口 364，以便減少零件的重量和成本，同時仍然提供所必需的結構支撐。此外，在這個具體的實現(xiàn)中，正如圖31最佳所示(面板單元352 的邊的側(cè)視圖，其余三個邊的視圖為鏡像圖)，臂35 的厚度可以從中心體部3M到磁體殼體356增大，以使面板單元352中所使用的材料的量最小化，同時仍然為面板單元352提供符合典型消費者安全標準所需的剛性和強度。凹部和開口還可以提供下面將要更加詳細討論的額外的機械接頭。在本發(fā)明的另一個方面中，例如單元252和352的面板單元可以在三維積木中彼此嵌套和重疊，該三維積木與鐵磁球一起提供鉸鏈狀的連接、對水平對準構件的更強的豎直支撐以及使該結構能夠容納變化的負載的“彈性”。圖3J示出了本發(fā)明該方面的使用兩個嵌套的正方形面板390和391的例子。正如所示，面板390和391可以定位成彼此成一個角度(例如，相互垂直)，使面板390的磁體殼體39 與面板391的磁體殼體393a嵌套。 在這種構造中，磁體殼體39 與磁體殼體393a同軸。然后，可以將鐵磁球磁聯(lián)接到磁體殼體39 和393a中每一個的面朝外的側(cè)部(使得磁體殼體的軸線大體與球的中心對準)，并且聯(lián)接到分別與磁體殼體39 和393a正交的其余兩個磁體殼體392b和39北，正如圖I 所示。通過這個組件，面板390和391可以大體繞磁體殼體39 和393a的同軸軸線相對于彼此樞轉(zhuǎn)。由嵌套的磁體殼體所提供的鉸鏈特征使得能夠具有獨特的可逆的三維結構。 例如，參見圖I，為了形成立方體結構，可以將四個額外的正方形面板單元磁聯(lián)接到圖中所示的兩個面板單元上，以類似方式嵌套，使得八個鐵磁球位于立方體的轉(zhuǎn)角上。依靠鉸鏈連接，可以通過展開每個面板直到所有面板都扁平地處于單個平面中并且使鐵磁球仍然附接，來打開立方體。然后，可以朝該單個平面的相對側(cè)折疊面板以逆轉(zhuǎn)該立方體，從而使面板的相對側(cè)部面朝外。以這種方式，可以將三維結構逆轉(zhuǎn)以便在面板單元的相對側(cè)部上顯示不同的圖像。因此，例如，該結構可以在第一構造中示出第一顏色、標記或圖像，并且可以被逆轉(zhuǎn)以在逆轉(zhuǎn)的第二構造中示出不同的第二顏色、標記或圖像。該可逆轉(zhuǎn)的方面可以結合到游戲或教育積木中，其挑戰(zhàn)用戶建造具有第一外觀的三維結構，該三維結構在該結構逆轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)換到第二外觀。正如在圖3J的例子中所示出的，嵌套的面板單元還可以給例如立方體的三維積木提供進一步的結構支撐和“彈性”。該增加的結構支撐和彈性通過同軸的磁體殼體之間的重疊以及一個面板的磁體殼體與相鄰面板的體部之間的重疊而成為可能。例如，如圖3J所示，磁體殼體39 和393a可以彼此接觸，以限制面板單元390與391之間并且大體沿磁體殼體39 和393a軸線的相對方向的相對運動。作為另一個例子，磁體殼體393a設置在面板單元390的周邊構件394上方。以這種方式，周邊構件394可以限制磁體殼體393a在朝向周邊構件394的方向上的運動。例如，如果在大體朝向周邊構件394的方向上給面板單元391施加力，則面板單元391的運動將受到周邊構件394的限制，并且磁體殼體393a會基本上倚靠在周邊構件394之上。在完整的立方體中，面板單元391同樣也可以倚靠在其他三側(cè)的面板單元的周邊構件上，從而提供堅固的積木。在這種構造中，當成對的嵌套的磁體殼體彼此接觸并且限制面板單元之間的相對運動時，可以提供進一步的結構支撐。
在提供這種額外的強度時，該積木還由于面板單元相對于彼此以及相對于鐵磁球的起始定位以及存在于起始定位時的面板單元之間的間隙而提供了 “彈性”。圖3J示出了當面板單元390和391通過鐵磁球(未示出)結合時所提供的示例性的間隙395和396(在任何加載之前)。之后，例如，當在大體朝向周邊構件394的方向上給面板單元391施加負載時，磁體殼體393a沿鐵磁球向下滑動，通過磁性結合來抵抗所施加的力。當該力克服了磁性結合時，磁體殼體393a繼續(xù)滑動并且間隙395變窄，直到磁體殼體393a如上所述接觸周邊構件394。同時，以類似的方式，磁體殼體39 通過其與其他鐵磁球(未示出)的磁性結合來抵抗所施加的力。在三維結構中，這種“彈性”和增加的結構支撐可以在幾個連接處同時提供。例如，在完整的立方體中，大體垂直于頂部水平面板單元施加的力可能會導致該頂部面板朝下面的四個豎直面板單元“彈性變形”。
具有其軸線沿多邊形的邊定位的磁體的面板單元使得能夠?qū)崿F(xiàn)用于大型積木的穩(wěn)定核心組件(使用鐵磁球)的方便、快速構建。面板單元和核心組件使總體結構非常堅固，并且能抵抗剪切和扭轉(zhuǎn)應力，以保持它們的形狀。面板單元的中心部分或體部還能夠用作支撐重量的表面，并且能夠提供代表實際架構的美學上非常令人愉快的封閉的壁結構。 此外，與僅包括磁桿和鐵磁球的傳統(tǒng)構件體設置相比，能夠用更少的零件來建造磁性積木的核心子組件。
提供上述鉸接狀運動的優(yōu)選積木在圖3L-3N中示出，其中，“三角形”和“正方形” 面板與兩個球體一起提供了鉸鏈狀積木。正如從圖中可以理解的，術語“三角形”和“正方形”在該上下文中的意思并不是照字義理解的，因為嚴格來講面板并不是“三角形”或“正方形”面板。在該上下文中，這些術語表示面板的大體外觀。
在圖3L中，示出了包括兩個三角形面板252和兩個球體222、224的鉸鏈狀積木， 每個面板252的外面部分256保持磁體，使得在該面板上的所有磁體的圓柱形軸線(例如， 在右手邊面板252上的軸線a、b和c以及在左手邊面板252上的軸線a、d和e)基本上共面。此外，磁體的軸線優(yōu)選在限定等邊三角形頂點的點處相交。當兩個三角形件252放置成與兩個球體222、2M磁接觸并且嵌套時，使得由來自每個面板352的一個磁體組成的兩個磁體軸向?qū)?例如，沿圖3L中的軸線a)，并使每個面板的另一個磁體與鐵磁球接觸，如所示出的。因而，每個球體222、2M被兩個磁體接觸，這兩個磁體中的每個磁體分別來自每個面板252。這兩個磁體軸向?qū)什⑶遗c球體222、2M的中心對準。在這種情況下，由于面板具有相同的形狀，因此并未同軸對準的兩個磁體彼此平行(例如，在圖3L中未對準的球體接觸磁體的軸線d和c是平行的)，但是參見圖3N可以看出這并不是必須的。在這種情況下(圖3L)，一個面板的并未軸向?qū)实膬蓚€磁體中的每一個以相對于接觸該球體的另一個磁體大約60°的角度(例如，軸線b與軸線a之間的角度)接觸球體(球)，這給鉸鏈狀的組件提供了側(cè)向穩(wěn)定性。當如圖所示構造時，面板可以相對于彼此以鉸鏈狀的方式樞轉(zhuǎn)一定的運動范圍，該范圍主要由一個面板體部與另一個面板體部的接觸限制。在優(yōu)選實施方式中，樞轉(zhuǎn)運動的范圍基本超過180度，并且接近270度。這種容易產(chǎn)生的具有基本超過180度鉸鏈運動范圍的穩(wěn)定積木為積木套件提供了改進的游戲價值。在圖3M中，示出了包括兩個正方形面板352和兩個球體222、224的鉸鏈狀積木， 各個面板352的外面部分保持磁體，使得在那個面板上的所有磁體的圓柱形軸線(例如，右手邊面板352的軸線g、h、i和j以及左手邊面板352的軸線f、g、i和j)基本上共面。此夕卜，磁體的軸線優(yōu)選在限定正方形頂點的點處相交。當兩個正方形件352放置成與兩個球體222、2M磁接觸并且嵌套時，由分別來自每個面板352的一個磁體組成的兩個磁體軸向?qū)?例如，沿圖3M中的軸線g)，并使每個面板的另一個磁體與鐵磁球體222、2M接觸，如圖所示。因而，每個球體222、2M被兩個磁體接觸，每個面板352 —個磁體。這兩個磁體軸向?qū)什⑶遗c球體222、2M的中心對準。在這種情況下，由于面板具有相同的形狀，因此并未同軸對準的兩個磁體彼此平行(例如，在圖3M中未對準的球體接觸磁體的軸線i和j是平行的)，但是參見圖3N可以看出這并不是必須的。在這種情況下(圖3M)，并未軸向?qū)实膬蓚€磁體每個以相對于接觸其相應球的另一個磁體的大約90°的角度接觸球(例如，右手邊面板的軸線g和軸線j垂直，并且左手邊面板的軸線g和i垂直)，這給鉸鏈狀組件提供了側(cè)向穩(wěn)定性。當如圖所示構造時，面板352可以相對于彼此以鉸鏈狀方式樞轉(zhuǎn)一定的運動范圍，該范圍主要由一個面板體部與另一個面板體部的接觸限制。在優(yōu)選實施方式中， 樞轉(zhuǎn)運動的范圍基本上超過180度，并且接近270度。這種容易產(chǎn)生的具有基本超過180 度鉸鏈運動范圍的穩(wěn)定積木為積木套件提供了改進的游戲價值。圖3N示出了包括三角形面板252和正方形面板352以及兩個球體222、2M的鉸鏈狀積木，每個面板的外面部分保持磁體，使得那個面板上的所有磁體的圓柱形軸線(例如， 右手邊三角形面板252的軸線l、o和p，以及左手邊正方形面板352的軸線k、l、m和η)基本共面。此外，磁體的軸線優(yōu)選在限定規(guī)則多邊形(一個正方形，一個三角形)頂點的點處相交。當三角形252和正方形件352放置成與兩個球體222、2Μ磁接觸并且嵌套時，由每個面板的一個磁體組成的兩個磁體軸向?qū)?例如，沿圖3Ν中的軸線1)，每個面板的另一個磁體被使得與鐵磁球體接觸，如圖所示。因而，每個球體222、2Μ被兩個磁體接觸，每個面板一個磁體。這兩個磁體同軸對準并且與球體222、224的中心對準。在這種情況下(圖 3Ν)，由于面板具有不同的形狀，所以并未同軸對準的兩個磁體彼此并不平行(例如，未對準的球體接觸磁體的軸線η和ο是不平行的)。在這種情況下，相同面板的并未同軸對準的兩個磁體中的一個以相對于接觸那個球的另一個磁體的大約90度的角度接觸球體(例如， 左手邊面板352的軸線1和η以90度分開)，并且未同軸對準的兩個磁體的另一個磁體以相對于接觸球體的另一個磁體的大約60°的角度接觸其球體(例如，右手邊面板252的軸線1和軸ο以大約60度分開)。這種布置給鉸鏈狀組件提供了側(cè)向穩(wěn)定性。當如圖所示構造時，面板252、352可以相對于彼此以鉸鏈狀方式樞轉(zhuǎn)一定的運動范圍，該范圍主要由一個面板體部與另一個面板體部的接觸限制。在優(yōu)選實施方式中，樞轉(zhuǎn)運動的范圍基本上超過180度，并且接近270度。這種容易產(chǎn)生的具有基本超過180度鉸接運動范圍的穩(wěn)定積木給積木套件提供了改進的游戲價值。
圖4A-5G示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的改進的大型桿積木。將該改進的較大型的桿組件設計為允許其與較小型的磁性積木套件一起使用。桿包括“球部分”和多個桿部分， 它們?nèi)勘舜艘惑w地結合，從而桿部分以及球部分的對準被固定。這些大型桿便于大型磁性積木的方便、快速以及穩(wěn)定的組裝，而且仍然與小型磁性部件(例如具有較短長度的傳統(tǒng)磁性桿)相容。
作為例子，圖4A-4C示出了一體形成的大型桿(其可以稱為“桿和球單元”)402， 其包括兩個桿部分404和鐵磁球部分406。桿部分404和球部分406永久地彼此附連，從而這些部分的空間關系是固定的。在這個實施方式中，桿部分404和球部分406對準，從而桿部分404的縱軸線共線并且與球406的中心相交。磁體408設置在大型桿單元402的遠端處。將認識到，磁體的偶極軸線同樣是基本共線的。
圖4D-4F示出了根據(jù)本發(fā)明可替換實施方式的包括兩個桿部分妨4和鐵磁球部分456的另一個大型桿452。桿部分妨4可以在它們的與球部分456相對的端部處包含磁體。在這個實施方式中，大型桿252形成為從一個桿部分、經(jīng)過球形的球部分并到達相對的桿部分的連續(xù)構件。例如，連續(xù)構件可以是塑性注塑模制的零件，其包括球形的球部分和在該球部分的相對側(cè)上的兩個桿部分。然后可以將鐵磁材料應用在球部分上，以便提供用于將磁性單元磁聯(lián)接到大型桿452的中心部分上的裝置。在一種實現(xiàn)中，如圖4D和4E所示， 在球部分上應用金屬殼(例如，粘接的)，該金屬殼由兩個半球部分457a和457b形成，并且在兩個半球部分的端部上具有圓形切口以容納桿部分。在另一種實現(xiàn)中，鐵磁材料模制在球部分上或者涂覆在球部分上。
在可替換的實施方式中，如圖4G所示，不是形成圖4D-4F所示的鐵磁球體部分 (其中，兩個半球體之間的接縫與桿452的縱軸線處于公共平面中)，而是鐵磁球體部分可以由具有大體垂直于桿452軸線的接縫的兩個半球體形成。在這種實施方式中，每個半球體部分457c、457d可以包括在“極”區(qū)中的孔，孔的大小形成為使桿部分妨4可裝配通過該孔。然后，半球體部分中的每一個在桿部分妨4上滑動，從而在球部分456處會合以待例如通過粘合、卡合裝配等結合。這個實施方式可以提供增加的優(yōu)點，即結合在一起的兩個半球體鐵磁部分457c、457d產(chǎn)生完全的周向密封。
大型桿(或桿和球)單元可以與其他類似的積木單元組裝在一起，以便快速形成用于積木的大的核心組件。具體地，通過使每個桿部分的尺寸與桿單元的長度相同，并且使用其尺寸與較小型磁性積木套件中的鐵磁球相等的球部分，該改進的桿積木就可以與較小型套件的部件結合使用。桿單元還可以包括內(nèi)部導體，以便提供貫穿桿的完整的磁路和/ 或電路。作為例子，可以使用例如圖IC的塊103a和10 的導體。
圖6示出了這種積木600的例子，其使用六個大型桿402 (具有桿部分和球部分) 和四個鐵磁球615來形成四面體結構。此外，為了給積木600提供進一步的強度和穩(wěn)定性， 可以在四面體結構的每個面處附接有磁聯(lián)接到大型桿402的中間球部分的三角形面板單元 202。
圖5A-5E示出了一體式大型桿的額外的實現(xiàn)。圖5A示出了大型桿570，其包括三個桿574，這三個桿574永久性地附連到三個鐵磁球576以形成基本在χ-y平面中延伸的三14角形單元。單元570不需要包括任何磁體。圖5B示出了大型桿572，其包括四個桿574，這四個桿574永久性地附連到單個鐵磁球576，在該構造中單個鐵磁球576能夠用作正方棱錐的頂點。桿574可以在它們的與球 576相對的端部處具有磁體578，用于磁聯(lián)接到其他鐵磁單元或磁性單元(例如鐵磁球)。圖5C示出了大型桿580，其包括兩個桿574，這兩個桿574永久性地附連到單個鐵磁球576。桿574可以在它們的端部處具有磁體578。圖5D示出了大型桿582，其包括三個桿574，這三個桿574永久性地附連到單個鐵磁球576，在該構造中單個鐵磁球576能夠用作三角棱錐的頂點。桿574可以在它們的端部處具有磁體578。圖5E示出了大型球和桿單元584，其包括兩個永久性地彼此附連的桿57 和 574b以及永久性地附連到桿574b的一端的鐵磁球576。在球576與另一個桿57 之間的桿574b不需要具有任何磁體。桿57 可以具有設置在其與桿574b相對的端部處的磁體 578。圖5F和5G示出了大型球和桿單元594，其包括兩個永久性地附連在桿部分595 的相對端部上的鐵磁球部分596。在一種實現(xiàn)中，單元594形成為從第一球部分、經(jīng)過桿部分并到第二球部分的連續(xù)構件。例如，該連續(xù)構件可以是塑性注塑模制的零件，其包括桿部分和兩個球部分。然后可以將鐵磁材料應用在球部分上，以便提供用于將磁性單元磁聯(lián)接到球596的裝置。在一種實現(xiàn)中，如圖5F和5G所示，在球部分上應用金屬殼(例如，粘接的)，該金屬殼由兩個半球體部分597a和597b形成，并且在一個半球體部分597b中具有圓形切口以容納桿部分。在另一種實現(xiàn)中，鐵磁材料模制在球部分上或者涂覆在球部分上。圖5H-5I示出了圖5F和5G中所示的大型球和桿單元594的示例性積木。如圖 5H所示，鐵磁(例如，金屬)半球旋入到桿部分595的端部中。然后，在旋入的半球的端部處粘接鐵磁(例如，金屬)半球端部?？梢允褂萌穷^螺釘。桿部分595可以由0.06英寸的帶殼ABS制成，并且其尺寸大約為1. 09 X 0. 36 X 0. 36英寸。金屬半球的厚度可以大約為 0. 04英寸。在其他實施方式中，圖5J和漲示出了大型球和桿單元，其包括兩個鐵磁球部分， 這兩個鐵磁球部分永久性地附連到在這里也稱為長三節(jié)桿的、具有三個子部分的長桿部分。長三節(jié)桿的遠端具有磁體。中間的球部分可以由圍繞長桿部分的球形截面(未示出)粘接在一起的金屬半球制成。該半球可以具有半圓形缺口，從而當兩個半球粘接到一起時，形成長桿部分設置在其中的相對的圓形開口。該組件形成了長三節(jié)桿具有三個獨立桿(即， 三個子部分)的外觀，而實際上其僅具有一個具有變化寬度的長桿部分。長桿部分可以由壁厚為0. 05英寸的ABS 二次成型制成，并且可以大約為4. 326X0. 55X0. 55英寸。或者，可以以類似于參考圖4D-4F的大型桿452所描述的方式來構建鐵磁半球，其中，半球之間的接縫定向在垂直于桿594的縱軸線的平面中，并且在它們之間產(chǎn)生了完全的周向密封。在本發(fā)明的其他方面中，圖5L示出了每個具有三個桿和兩個中間金屬球的、設置在有軌電車(tram)之上的長三節(jié)桿，其中有軌電車中的座間隔開以便與長三節(jié)桿的間隔開的球相協(xié)作。這些座可以是例如杯形。一體形成的、具有其他構造的永久性地附連的桿和球的大型桿也是可能的，并且在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。所有這種積木的重要特征在于桿和球部分的空間關系是固定的。自然，組件可以在桿部分之外還包括面板部分，或者例如圖14A-14G中所示包括代替桿部分的面板部分。
圖7A和7B示出了本發(fā)明的另一個實施方式，提供了“H”形的單元，當該單元與鐵磁球磁聯(lián)接時，提供了大致在χ-y平面中延伸的面板單元。該H-形單元可以用作多面體積木(例如立方體、棱柱或錐體)的穩(wěn)定基礎。如圖7A和7B所示，示例性H-形單元700具有由中心支柱704結合的兩個磁性桿702，其中桿702和支柱704基本上共面，并且設置在桿702端部處的磁體706的北極到南極的軸線與支柱的縱軸線大體垂直。H-形單元700可以附接到四個鐵磁球，以提供其上建造其他單元的穩(wěn)定基礎，例如，建造具有正方形基部的錐體。圖7C示出了可替換的實施方式，其中，面板708用于代替中心支柱704。
圖8示出了 H-形單元的可替換實施方式。如圖所示，示例性H-形單元800包括桿802、中心支柱804和磁體806，其中所有磁體是例如通過將磁體放置在模具中并且在它們周圍進行夾物模壓而一體模制的?；蛘?，桿802和中心支柱804可以一體模制成具有形成在桿802中的磁體凹部，并且在后模制過程中，磁體806可以粘接在凹部中的適當位置， 也許是通過緊固在磁體上面的蓋來實現(xiàn)。如圖8所示，夾物模制的或粘接的蓋子可以是凹入的，并且可以包括露出磁體的面的開口 807，以便允許磁體與鐵磁球之間的確定的可靠接觸。這種接觸使得磁路和電路能夠完整。桿802和支柱804還可以包括減少單元800中所使用材料的量的開口 810，以減少零件的重量和成本，同時還可以提供下面將更加詳細討論的額外的機械接頭。
圖9A和9B示出了本發(fā)明的另一個實施方式，提供“X”形單元900，當該單元與鐵磁球磁聯(lián)接時，大致提供了基本在x-y平面中延伸的面板單元。如圖所示，該X-形單元包括交叉的桿90 和902b，其中，磁體908設置在桿的端部。通過磁聯(lián)接到磁體908的四個鐵磁球，該χ-形單元可以提供在其上建造其他單元的穩(wěn)定基礎，例如，建造具有正方形基部的錐體。
圖10-18示出了本發(fā)明的額外的實施方式，提供了對磁性積木的穩(wěn)定性和/或設計靈活性具有進一步貢獻的單元。
圖10示出了鏈單元，其包括一端具有磁體、另一端具有鐵磁球或部分球(例如，半球體)的柔性鏈。
圖IlA示出了彈簧桿單元，其包括一端具有磁體、另一端具有鐵磁球或部分球(例如，半球體)的彈簧部分。磁體、彈簧部分和球部分可以由導電材料制成，并且可以進行電連接以便通過彈簧桿單元傳導電流?；蛘?，彈簧桿單元可以在兩端具有球部分，或者在兩端具有磁體。在任意一種情況下，可以將彈簧桿單元的部件進行電連接，以便在彈簧桿單元的整個長度上傳導電流。
圖IlA的彈簧桿單元能夠便于單元端部之間的非線性連接。換言之，彈簧桿單元可以以非線性構造彎曲，以附接到兩個點。還可以將彈簧桿單元構造為伸展或壓縮，以便容納以不同距離間隔開的附接點。
圖IlB示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的具有內(nèi)部彈簧1102的桿單元1100。 如圖所示，桿單元1100包括外套1111，該外套1111具有中心彈簧保持部分和位于兩端、其中設置有磁體1108的磁體保持端部。內(nèi)部彈簧1102可以由導電材料制成，并且可以在桿單元1100內(nèi)被壓縮，以便與磁體保持接觸并且提供貫穿桿單元1100的電路徑。在另外的實施方式中，圖IlA和IlB所示桿的彈簧可以是導磁的。圖12示出了正方形鏈接單元1200，其構造為附接到與鐵磁球磁聯(lián)接的兩個磁性桿的端部。在這個例子中，第一桿接收部分1202夾在第一桿周圍，第二桿接收部分1204夾在第二桿周圍，其中，鐵磁球大體設置在區(qū)域1206中。除了圖12所示的C-夾部分1202和 1204外，也可以使用其他附接到桿的裝置，例如磁性接頭。正方形鏈接單元1200以牢固、溫度的對準方式(例如，其中桿成直角)保持桿和球，以增加大型積木的穩(wěn)定性?？梢詫蓚€正方形鏈接單元1200與設置成正方形構造的四個桿及四個球一起使用，以便提供大體在 x-y平面中延伸的穩(wěn)定面板。作為可替換的實施方式，圖15示出了類似于正方形單元1200 的另一個正方形鏈接單元1500，但是該正方形鏈接單元1500適于同時連接到正方形構造中的四個桿，其中單元1500的中心部分1502沿對角橫跨該正方形并且為面板組件提供了進一步的穩(wěn)定性。圖13示出了三角形桿1300，其包括以三角形結構結合的三個桿，其中磁體設置在它們的端部處。磁體相對于彼此的空間關系是固定的。在所示的實施方式中，磁體的偶極軸線并不共面，而是相交在一個點。圖14A示出了一體式(或者整體式)球和面板單元1400，其包括大體為正方形的中心體部1402，其中，一體形成的球(球部分)1404位于體部的角落處。該一體式球和面板單元1400可以由鐵磁材料(例如錫)制成。該一體式球和面板單元1400大體在x-y平面中延伸，并且還可以包括一體形成在中心體部中的球或部分球1406，以便在ζ-方向上的單元的離開建造。球1404和1406的半徑例如可以是0. 294英寸。在可替換實施方式中，圖14B-14D示出了一體式球和面板單元1410，其包括大體為圓形的中心體部1412，其中，一體形成的球部分1414設置在圓形體部1412的邊緣上并且繞圓形體部1412的邊緣等距間隔開。在一個實施方式中，中心體部1412的半徑大約為球部分1414半徑的三倍(例如，中心體部半徑為0. 925英寸，而球部分的半徑為0. 294英寸)。該一體式球和面板單元1410還可以包括一體形成在中心體部中的球或部分球1416， 以便在離開中心體部的面的方向上建造單元。如圖14C和14D所示，單元1410還可以具有形成在球部分1414和中心體部1412 中的平坦邊緣，這可以改善與其他單元的配合并且使單元之間的間隙最小化。平坦邊緣的寬度可以為例如大約0. 200英寸。圖14D示出了一體式球和面板單元1410的示例性積木，在這種情況下由兩個結合在一起的半部分1410a和1410b形成，從而得到中空單元。半部分1410a和1410b可以例如通過機械固定裝置(例如，卡合過盈配合)、粘結劑或焊接結合。在另一個可替換實施方式中，圖14E-14G示出了一體式球和面板單元1420，其包括大體為三角形的中心體部1422，其中，一體形成的球部分1似4設置在三角形體部1422 的角落處。在一個實現(xiàn)中，中心體部1422的三角形形狀為其度高近似為1. 412英寸的等邊三角形，球部分1似4的中心之間的距離為大約1. 631英寸，并且球部分1414的半徑為大約 0. 294英寸。該一體式球和面板單元1420還可以包括一體形成在中心體部中的球或部分球 1426，以便在離開中心體部的面的方向上的單元的離開建造。如圖14F和14G所示，單元1420還可以具有形成在球部分1似4和中心體部1422中的平坦邊緣，這可以改善與其他單元的裝配并且使單元之間的間隙最小化。平坦邊緣的寬度可以為例如大約0. 200英寸。
圖14G示出了一體式球和面板單元1420的示例性積木，在這個例子中由兩個結合在一起的半部分1420a和1420b形成，產(chǎn)生了中空的單元。半部分1420a和1420b可以例如通過機械固定裝置(例如，卡合過盈配合)、粘結劑或焊接結合。當然，圖14A的正方形單元1400可以具有這種相同的兩部分的中空積木。在這些兩部分的積木中，每個單元1400、 1410和1420可以由帶有涂覆鎳的表面涂層的兩個浮凸錫面板制成。
圖16示出了圓形連接器單元，其具有定位成彼此間隔90度的三個凹入式磁體和定位在第四個90度間隔處的狹槽開口。兩個這種圓形連接器單元可以通過將每個這種圓形連接器單元滑入到另一個的狹槽開口中而結合在一起，這形成了具有六個朝向外面的磁體的三維結構。將這六個磁體布置成使得沿χ-、y-和ζ-軸線的成對磁體具有共線的偶極軸線。磁體相對于彼此的空間位置是固定的，并且在所示的實施方式中，磁體的偶極軸線是共面的。
圖17示出了具有偏角的彎曲面板單元，其中，在偏角中設置有面朝外的磁體。該單元彎曲成使得在與鐵磁球和其他彎曲及非彎曲單元結合時能夠形成彎曲的三維結構。磁體相對于彼此的空間位置是固定的，并且在所示的實施方式中，磁體的偶極軸線是不共面的。
圖18示出了中空的鐵磁球，在這個情況中，由兩個中空的半球體形成。這兩個半球體可以例如通過機械固定裝置(例如，卡合過盈配合)、粘結劑或焊接結合。
圖19A-22示出了本發(fā)明的其他方面，其中，積木單元的一部分(例如，單元的中心部分)具有用于在離開該單元的磁體與其他積木單元連接所在平面的方向上(例如在大體垂直于該平面的方向上)附接額外零件的裝置。例如，圖19A示出了圖2A的三角形面板單元202的中心體部204，其包括凹接頭1950。類似地，圖19B示出了圖8的示例性H-形單元800的中心支柱804，其包括凹接頭1952。此外，圖3E-3I的面板單元252和圖3E-3I的面板單元352分別具有凹部或開口 264和364，其可以用作凹接頭。
這些凹接頭可以接受其他積木單元的凸接頭，例如圖19C的三角形單元1912的凸接頭1910、圖21所示的桿1922的凸接頭1920，和圖22所示的大型桿單元1932的凸接頭 1930。圖20A示出了經(jīng)由凸-凹聯(lián)接附接到三角形面板單元202的三角形單元1912。圖 21示出了經(jīng)由凸-凹聯(lián)接附接到三角形面板單元202的桿1922(具有附接的正方形單元 1923)。圖22示出了經(jīng)由凸-凹聯(lián)接附接到三角形面板單元202的大型桿單元1932。
凸-凹聯(lián)接還可以提供用于增強三維積木的裝置。例如，由圖3E-3I的六個正方形面板單元352 (和八個鐵磁球)制成的立方體將具有在立方體的相對側(cè)上彼此相對對準的中心部分354?？梢詫⒑线m大小的桿插入或穿過這些相對的中心部分邪4中的一對，以增強立方體積木。
圖19A和19B所示的凹接頭可以包括其直徑稍大于其接受的凸接頭的直徑的圓套筒，從而提供無需磁接頭的緊密的過盈配合。機械的凹接頭和凸接頭可以例如包括協(xié)作的突起和凹部，以便提供卡合配合。從而，通過將這些零件壓配在一起，本發(fā)明能夠使用戶在新的方向上建造離開的單元，從而提供了附接特殊零件(例如旗幟)的能力。
在另外的實施方式中，如圖2E-2G和圖3E-3H所示，凹接頭可以包括肋270，該肋18270伸入到開口或凹部中以便促進與凸接頭的過盈配合。在這個例子中，肋270為圍繞圓形開口等距離間隔(例如，以90度間隔)的、沿開口的側(cè)部縱向穿過的四個肋。在圖2E-2I和3E-3I中，雖然一些凹部或開口 264為非圓形的，但是凹部或開口 264可以是圓形的(如中心開口 264那樣)或者是聯(lián)接到協(xié)作的凸接頭所必需的任何其他形狀。例如，參見圖3E，可以將由中心部分354、臂35 、周邊構件35 和磁體殼體356限定的開口 264可以成形為圓形，并且可以使其大小為接收對應大小的桿。作為另一個例子， 可以將在磁體殼體356中限定的凹部264成形為圓形，并且將其大小設計為用以接收對應形狀及大小的桿。從而，盡管圖中所示的凹部和開口的具體形狀和大小具有眾多益處，但是本發(fā)明的這一特征應該廣泛地理解為能夠應用于與具有互補大小及形狀的凸接頭協(xié)作所必需的任意開口或凹部。在另外的實施方式中，這種互補的凸接頭設置在構造為覆蓋面板單元252和352 的面的封閉面板上。例如，圖20B-20E示出了適于連接到面板單元252的封閉面板2002。 封閉面板2002的凸接頭2004裝配在面板單元252的中心部分254內(nèi)。凸接頭2004可以包括切除部2006，切除部2006允許凸接頭在進入中心部分254的開口時稍微彎曲，以便提供抵靠中心部分254的內(nèi)壁(在這個例子中抵靠肋270)的緊密的過盈配合。凸接頭2004和面板單元252還可以具有棘爪、凸起、凸緣或能夠使凸接頭卡合到位的其他互補結構特征。圖20F-20I示出了另一個封閉面板2012，這一個將其大小和形狀形成為用于連接到面板單元352。封閉面板2012的凸接頭2014裝配在面板單元352的中心部分354內(nèi)。 凸接頭2014可以包括切除部2016，該切除部2016允許凸接頭在進入中心部分254的開口時稍微彎曲，以便提供抵靠中心部分3M的內(nèi)壁(在這個情況中抵靠肋270)的緊密的過盈配合。凸接頭2014和面板單元352還可以具有棘爪、凸起、凸緣、或能夠使凸接頭卡合到位的其他互補結構特征。圖20J-20N示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的示例性六邊形封閉面板2022。如圖所示，六邊形封閉面板2022可以具有六個在其底面上的插腳，該插腳能夠裝配到六個三角形單元組件(圖20K和20M)中。面板2022可以由0.06英寸的帶殼ABS塑料制成，并且可以近似為2. 35X2. 25X0. 35英寸。三角形面板單元1912和封閉面板2002、2012及2022可以通過封閉結構以及模擬例如實心壁和屋頂來改進磁性積木的外觀。這些單元還可以提供額外的表面，以使積木延伸離開。例如，如果單元由例如錫的鐵磁材料制成，則鐵磁桿或其他磁性單元可以聯(lián)接到單元的面。作為另一個例子，封閉單元的外面可以包括額外的積木單元可以附接到其上的立柱或突起。在本發(fā)明的實施方式中，例如單元252和352的面板單元可以是凸起的，從而附接到面板單元的封閉面板設置在凸起輪廓的空腔中。以這種方式，封閉面板的外面實質(zhì)上可以與面板單元的外周邊齊平，以提供例如具有封閉的平坦壁的外觀。本發(fā)明另外的實施方式提供了一種電磁積木套件，其包括在與其他積木單元磁聯(lián)接之外還導電的磁性積木單元。該導電的磁性單元可以包括提高玩具積木的功能性和美學吸引力的一體式電子部件。例如，導電磁性單元可以包括光、聲或音頻模塊，或者例如馬達、 螺槳或齒輪的運動零件。在導電時，導電磁性單元可以形成由例如電池的電源來啟動的電路的一部分。來自電源的電啟動在電路的導電磁性單元內(nèi)的電子部件。
一個示例性電磁積木套件包括供電基板、導電單元和導電電子單元。供電基板包括電源和多個可以在其上建造積木組件的導電極。導電極包括正極和負極。當組件正確連接到基板的正負極時，電流流過組件并且給各種導電電子單元中的電子部件供電。
圖23和M示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板2302。如圖所示，供電基板 2302包括供電建造平臺2304和存儲容器2306。供電建造平臺2304包括一側(cè)上的內(nèi)壁 2308和其相對側(cè)上的導電鐵磁表面2310。內(nèi)壁2308可以由塑料(例如，ABQ制成并且包括電池隔間2309。導電鐵磁表面2310可以包括正極和負極，磁性積木組件可以磁聯(lián)接到正極和負極并可以由其供電。導電鐵磁表面2310可以是，例如具有電隔離的導電金屬球部分2312和不導電金屬球部分2314的浮凸錫板。在這個例子中，兩個導電金屬球部分2312 為負極，兩個為正極，其余五個金屬球部分為不導電。導電鐵磁表面2310還可以具有標記 2315(例如，圍繞球部分的帶顏色的線)，以便指示哪些球部分是導電的并且哪些導電球部分是正(由“ + ”表示)或負(由“_”表示)。
供電建造平臺2304可以用作存儲容器2306的蓋。存儲容器2306可以包括分隔開的隔間，用于將積木單元以類似單元的分擱組的方式保持。例如，中心隔間2316可以保持鐵磁球，外隔間2318可以保持鐵磁桿。
圖25示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的供電基板2502的分解圖。與圖23和M 的供電基板2302相比，供電基板2502提供了用以在其上建造電磁組件的更多的球部分和更大的建造表面區(qū)域。如圖所示，供電基板2502包括供電建造平臺2504和存儲容器2506。 供電建造平臺2504包括一側(cè)上的內(nèi)壁2508和在其相對側(cè)上的導電鐵磁建造表面2510。在這個例子中，建造表面2510包括殼體2507(例如，由ABS塑料制成)，殼體2507具有開口， 鐵磁球部分和導電鐵磁球部分能夠突起穿過該開口?？梢詫⑶虿糠中纬蔀榉珠_的金屬半球或可以一起形成為單個件，例如，浮凸的錫面板，如果導電極(在下面描述)彼此電隔離。內(nèi)壁2508可以由塑料(例如，ABS)制成并且包括帶有電池門2511的電池隔間2509。
導電鐵磁建造表面2510可以包括正極和負極，磁性積木組件可以磁聯(lián)接到極正和負極并可以由其供電。導電鐵磁建造表面2510可以是例如具有開口的浮凸錫板，導電金屬球部分2512和不導電金屬球部分2514突起穿過該開口。導電鐵磁建造表面2510還可以具有標記2515(例如，圍繞球部分的帶顏色的線)，以便指示哪些球部分是導電的并且哪些導電球部分是正(由“ + ”表示)或負(由“_”表示)。
供電建造平臺2504可以用作存儲容器2506的蓋。存儲容器2506可以包括分隔開的隔間，用于將積木單元以類似單元的分擱組的方式保持。例如，中心隔間2516可以保持鐵磁球，外隔間2518可以保持磁性桿。存儲容器2506可以由半透明ABS制成。
圖沈示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的導電鐵磁建造表面2510的平面圖。在這個例子中，表面2510包括六個正極導電鐵磁球部分251 和六個負極導電鐵磁球部分2512b， 所有鐵磁球部分都連接到例如電池的電源(未示出)。其余的球部分為不導電金屬球部分2514，它們并未連接到電源，但是可以磁聯(lián)接到磁性零件。在一個實施方式中，球部分 2512a,2512b和2514具有鍛面鉻表面。
圖27示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板2502的橫截面。如圖所示，存儲容器 2506嵌套在供電建造平臺2504內(nèi)，其中，平臺2504用作隔間2516和2518上的蓋。圖27 的橫截面還示出了如何將金屬半球緊固到殼體2507的例子，在這個例子中使用凸緣2702來粘結到殼體2507內(nèi)，其中，球突出穿過殼體2507中的開口。此外，在一個實施方式中，電池隔間2509容納四個AA電池觀02，如圖27和28所示。內(nèi)壁2508可以包括將內(nèi)壁2508 附連到殼體2507的螺釘孔觀04，如圖28所示。圖四示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的供電基板2502的示例性操作。在一個實現(xiàn)中， 當存儲容器2506附接到供電建造平臺2504時，電路電源是關閉的并且沒有電被傳導到導電鐵磁球部分。正如箭頭四02所示，當供電建造平臺2504從存儲容器2506分開時，電路電源打開，使得可以給導電鐵磁球部分的正極和負極供電。如上所述，供電基板，分別例如圖23和25的板2302和板2502，可以給由導電單元和導電電子單元構成的積木組件(當這些單元正確地連接到供電基板的極時)供電。圖 30示出了結合在一起以導電并且形成附接到供電基板并且由該供電基板供電的積木組件的一部分的示例性導電單元和導電電子單元。在這個例子中，電流流過導電磁性桿3002、導電鐵磁球3004和導電電子磁性桿3009。桿3002和3004包括磁體3006，該磁體3006將桿磁聯(lián)接到球3004并且確保單元之間(如圓圈3008所表示的)的接觸，以便提供連續(xù)的電路。將桿的與球3004相對的端部附接到供電基板的正極和負極(或者直接地，或者通過其他導電單元)，提供了啟動所連接的電子部件的供電連續(xù)電路。圖31A-31C示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的導電磁性桿3002的構造。如圖所示，導電磁性桿3002包括殼體3012、導體3014、磁體3006和磁體帽3016。導體3014設置在殼體3012的中間部分中，并且例如通過將導體夾物模壓在殼體3012的實心中間部分3020內(nèi) (如圖30所示)，或者通過將導體定位在形成于殼體3012內(nèi)部上的翼片3022之間(如圖 31A和31B所示)而將導體3014保持在適當位置。導體3014接觸設置在殼體3012端部附近的磁體3006，從而提供貫穿桿3002的連續(xù)的電路徑。磁體帽3016將磁體3006保持在桿3002內(nèi)，并且?guī)椭_保磁體3006與導體3014之間的接觸。例如磁體帽3016可以粘接到殼體3012。除了傳導電流外，導體3014還可以是導磁的，或者可以是不導磁的。例如導體3014可以由銅或鋁制成，其是導電的但是不能導磁。圖32A-32C示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有電子部件的導電電子磁性桿3009 的結構。如圖所示，導電磁性桿3009包括殼體3212、印刷電路板(PCB) 3213、磁體3006和磁體帽3216。PCB 3213設置在殼體3212的中間部分中，并且例如通過將其粘接到殼體3212 或?qū)⑵浒惭b在殼體3212內(nèi)部的支撐部上而被保持在適當位置。PCB 3213電聯(lián)接到設置在殼體3212端部附近的磁體3006，從而提供貫穿桿3009的連續(xù)的電路徑。PCB 3213和磁體 3006可以，例如通過將它們焊接在一起或通過將導電壓縮彈簧插在部件之間而被電聯(lián)接。 磁體帽3216將磁體3006保持在桿3009內(nèi)，并且可以幫助確保磁體3006與PCB 3213之間的接觸。例如，磁體帽3216可以粘接到殼體3212。除了傳導電流外，PCB 3213還可以是導磁的，或者可以是不導磁的。PCB 3213可以包括在桿3009被供電時啟動的電子部件。例如，如圖32B所示，PCB 3213可以具有被供電時持續(xù)發(fā)光的發(fā)光二極管(LED)3230?；蛘?，PCB 3213可以包括其他類型的光、聲或音頻模塊或者例如馬達、螺旋槳或齒輪的運動零件。圖33A-33C示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的具有電子控制部件的導電電子磁性桿3309。如圖所示，桿3309包括殼體3312，PCB 3313和磁體3006設置在殼體3312中并且在點3315處電聯(lián)接。磁體帽3316將磁體3006保持在桿3309內(nèi)。桿3309包括PCB3313，該PCB 3313具有能夠控制電流流動并且從而控制其他導電電子單元以產(chǎn)生有趣的特殊效果的電子部件。正如圖33B中陰影變化的磁體帽3316所表示的，桿3309可以具有指示(例如，通過顏色或標記)特殊效果是什么的磁體帽3316。這種特殊效果可以包括，例如燈閃爍、燈發(fā)光或者隨機光圖案。這樣，桿3309可以插入到包括另一個導電電子桿(例如圖32A的桿3009)的導電積木組件中。然后，桿3309的控制PCB 3313將啟動桿3009的 LED 3230，以便產(chǎn)生特殊效果，例如，使LED 3230閃爍。如果然后將桿3309從組件上拆除從而電路被持續(xù)供電，則桿3009的LED 3230將停止閃爍并且代之以持續(xù)發(fā)光?？蛇x地，桿 3009本身可以包括LED 3230的期望控制，例如，提供閃爍而不是持續(xù)照明的LED。
可以將導電電子磁性桿的殼體構造為容納桿的電子部件所產(chǎn)生的特殊效果。例如，在電子發(fā)光部件的情況下，殼體優(yōu)選是半透明或透明的。作為另一個例子，在音頻電子部件的情況下，殼體優(yōu)選具有聲音能夠穿過其發(fā)出的開口。
圖34A-34B示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的導電電子磁性面板單元3400。如圖所示，面板單元3400包括三個磁體3402，其中，兩個提供正極，一個提供負極。磁體3402 的三個極通過導線3403連接在一起以導電。磁體3402的三個極還與設置在單元3400中心的LED 3404電連通。LED ；3404可以是例如閃爍LED。在可替換實施方式中，面板單元;3400 可以只包括導線(沒有LED)，并且可以僅將電流傳導到其他部件。
已經(jīng)描述了導電磁性積木組件的示例性部件，圖35A-35D示出了組裝這種部件的示例性方法。如圖35A所示，在步驟1中，提供了供電基板2502，其包括供電建造平臺2504 和存儲容器2506。將平臺2504從存儲容器2506上拆除，以便能夠接近所存儲的導電磁性積木單元。在這個例子中，所存儲的部件包括金屬球3552、導電磁性桿35M(也稱為連接桿)、具有電子發(fā)光部件3556的導電磁性桿(也稱為發(fā)光桿)和具有電子控制部件3558的導電磁性桿(也稱為效果桿)。
如圖35B所示，在步驟2中，啟動供電建造平臺2504，使其電源打開。例如，可以通過電池(例如，四個AA電池)或通過AC電源來供電。供電建造平臺2504可以使用手動開關(未示出)來開啟，或者在存儲容器2506從平臺2504分開時自動開啟。開啟時，供電建造平臺2504給正金屬球連接器3560和負金屬球連接器3561供電，如圖所示。
如圖35C所示，在步驟3中，導電磁性積木單元磁聯(lián)接到供電建造平臺2504。最初的單元直接聯(lián)接到平臺2504，使得隨后的單元堆疊在該最初單元之上并且磁聯(lián)接及電聯(lián)接到該最初單元。這些單元可以包括金屬球3552、連接桿35M、發(fā)光桿3556和效果桿3558。
如圖35D所示，在步驟4中，將導電磁性積木組成成使得在供電建造平臺2504與導電磁性積木單元之間建立閉合電路。在該該電路閉合時，電流從平臺2504的電源(例如， 電池)流過金屬球連接器3560和3561、并且流過導電磁性積木單元。在這個例子中，供電建造平臺2504的正極金屬球3560聯(lián)接到連接桿35M，連接桿35M聯(lián)接到金屬球3552a， 金屬球355 聯(lián)接到發(fā)光桿3556，發(fā)光桿3556聯(lián)接到第二金屬球3552b，第二金屬球3552b 聯(lián)接到效果桿3558，并且效果桿3558聯(lián)接到供電建造平臺2504的負極金屬球3561。當電路完成時，發(fā)光桿3556被供電從而照明。根據(jù)效果桿3558的類型，發(fā)光桿3556可以例如閃爍、發(fā)光或者以隨機圖案照明(例如，帶有多個多色LED)。加入更多的發(fā)光桿可以改變發(fā)光圖案。
圖35E示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的另一種導電磁性積木。在這個例子中，通過金屬球3572和導電磁性桿3574將導電電子磁性面板單元3570 (類似于圖34A-34B所示的單元3400)磁聯(lián)接到供電建造平臺2504。當電路完成時，單元3570的LED照明。如上所示，本發(fā)明的實施方式提供了能夠用于建造多種導電積木組件的導電磁性部件和導電電子磁性部件。本領域技術人員將了解，可以將積木組裝成任意數(shù)量的不同電路構造，以產(chǎn)生不同的特殊效果。熟練的技術人員還將了解，為了實現(xiàn)期望的磁路和電路， 需要將正極和負極(就電流和磁性兩者而言)正確地對準。正確排序的極能使電流流動， 同時實現(xiàn)最大的磁力和結構剛性。此外，在建造組件并且體驗不同的構造時，用戶可以根據(jù)電子部件的反饋來學習電和磁原理。換言之，當積木組件被正確聯(lián)接時，積木由于磁聯(lián)接是堅固的，并且積木是導電的，如啟動的電子部件(例如，照明的LED)所指示的。這樣，本發(fā)明的部件和積木套件具有在積木玩具、游戲、迷宮和教育裝置方面的廣闊的應用性。本發(fā)明的另外的實施方式提供了在其上建造磁性積木組件的可替換平臺。例如， 圖36A-36C示出了旅行箱3602，該旅行箱3602展開以提供寬闊的建造平臺。該箱的每個側(cè)面板3604以可樞轉(zhuǎn)的方式安裝到框架構件3606。側(cè)面板彼此樞轉(zhuǎn)離開，并且大體位于在框架下的單個平面中，如圖36C所示。側(cè)面板的內(nèi)部提供可以在其上放置磁性積木單元的建造表面?？蚣軜嫾?606還包括建造表面(例如，金屬球)，從而磁性積木組件能夠橫跨側(cè)面板的整個區(qū)域并且在框架下，如圖36C所示。圖37A示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的示例性輪單元3700。如圖所示，輪單元3700 大體為圓形形狀，并且在其中心具有軸突?？梢詫⑤S突的形狀及大小設計成裝配在磁性面板單元內(nèi)，例如裝配在骨架狀正方形面板單元352(圖3E)的開口 364內(nèi)。軸突可以例如具有遠端，該遠端壓縮以滑動穿過開口并張開以卡合到位。圖37B示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的磁性積木單元和輪單元(例如單元3700)的組件。如圖所示，該組件類似于車輛的底盤和輪。圖38A-38E為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的雙軸積木單元3800的示意圖。雙軸積木單元3800能夠允許積木組件的部件之間的相對轉(zhuǎn)動運動。可以將雙軸單元3800的大小和形狀設計為提供穿過正方形面板單元中的開口的軟裝配，如圖38B和38D所示。這種裝配能使所附接的面板單元繞雙軸單元自由旋轉(zhuǎn)。這樣，例如如圖38B和38D所示的立方體組件的三維組件能夠相對于雙軸單元轉(zhuǎn)動。雙軸單元可以具有設置在其遠端的磁體， 可以由0. 06英寸的二次成型的ABS制成，并且其可以近似為3. 88X0. 364X0. 364英寸。圖39A-39D示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的正方形面板鉸鏈單元3900。如圖 39A的分解圖所示，正方形面板鉸鏈單元3900包括通過金屬銷3902連接的兩個正方形面板部分3901。金屬銷3902設置在兩個正方形面板部分3901的突出鉸鏈部分3904的軸向?qū)士字小Ｃ總€帽3903附接在突出鉸鏈部分3904的端部上，以便保持金屬銷3902。如圖 39C所示，相對的鉸鏈部分3901可以具有增加突起3906，以當面板部件3901相對于彼此轉(zhuǎn)動時每個角度增加都為用戶提供反饋。增加突起3906還可以有助于將正方形面板鉸鏈單元3900保持在期望的位置中。正方形面板鉸鏈單元3900可以由0. 06英寸的帶殼ABS塑料制成，并且每個面板部分3901可以近似為1. 84X0. 97X0.6英寸。除了所示的正方形之夕卜，其他形狀的鉸鏈也是可能的。圖40A-40D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的積木支撐件4000的示意圖。將支撐件 4000構造為用以裝配例如立方體組件4010 (例如，由正方形磁性面板單元和鐵磁球構成)，并且用以允許立方體組件4010自由旋轉(zhuǎn)，如圖40B所表示的。為了能夠進行這種旋轉(zhuǎn)，積木支撐件4000可以在其中心具有半球輪廓4001，例如，如圖40C所示。積木支撐件4000可以由0. 06英寸的帶殼ABS塑料制成，并且其可以近似為3.85X3.85X 1. 39英寸。圖41A-41E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的輪組件4100的示意圖。如圖所示，輪組件4100包括輪4101 (圖41A和41D)和軸4102(圖41E)。軸4102例如通過壓縮卡入到輪軸開口 4103中以裝配穿過開口，然后在開口 4103的另一側(cè)展開。輪4101繞軸4102 轉(zhuǎn)動。當組裝在一起時，軸4102從輪4101伸出。如圖41C最佳所示，軸4102可以具有凸肋4104，該凸肋4104防止輪4101滑到軸4102的在圖41C中肋4104右側(cè)的部分上。如圖 41C所示，可以將軸4102的大小和形狀設計為貼合地裝配到面板單元開口內(nèi)，例如骨架狀正方形面板單元352(圖3E)的開口 364內(nèi)。這樣，軸4102和面板單元不會相對于彼此移動，并且輪4101繞固定軸4102旋轉(zhuǎn)。輪4101可以由0. 06英寸的ABS塑料制成，并且可以近似為3. 25X3. 25X0. 91英寸。軸可以由0. 05的帶殼ABS塑料制成，并且可以近似為 1. 0X0. 42X0. 42 英寸。圖42A-42D為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的可替換輪和軸組件的示意圖。如圖42A-B所示，輪4200包括外接觸表面4201和內(nèi)支撐圓4202?？梢詫?nèi)支撐圓4202構造為用以支撐立方體(例如，如圖40B所示)，該立方體可以在內(nèi)支撐圓4202中旋轉(zhuǎn)。輪 4200可以進一步包括用于插入軸(例如圖42C-42D所示的軸4250)的孔4203。軸4250可以包括用于插入到孔4203中的附接部分4204、用于將軸定位在孔4203 中的抵接部分4205、構造為用以相對于附接部分4204自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部分4207和構造為用以附接到積木系統(tǒng)的其他單元的下端部分4208。螺釘4206可以用于組裝軸4250，以及允許旋轉(zhuǎn)部分4207自由旋轉(zhuǎn)。圖43A-43C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的旋轉(zhuǎn)器單元4300的示意圖。旋轉(zhuǎn)器單元 4300可以用于結合兩個積木單元或組件，并且使得連接的單元或組件之間能夠相對轉(zhuǎn)動運動。如圖4 和43C所示，旋轉(zhuǎn)器單元4300包括旋轉(zhuǎn)器頂部4301和由諸如三角頭機械螺釘?shù)木o固件4303附接的旋轉(zhuǎn)器基部4302。緊固件4303插入到圖43B的橫截面圖中所示的通道4304中。旋轉(zhuǎn)器頂部4301和基部4302可以在相對彼此不會變松的狀況下轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，緊固件4303不會在部件之間產(chǎn)生太大的摩擦，從而頂部4301和基部4302可以自由旋轉(zhuǎn)?？梢詫⑿D(zhuǎn)器頂部4301和基部4302的突起4305的大小和形狀設計為用以貼合地裝配到其他積木單元的開口內(nèi)，例如單元352(圖3E)的開口 364內(nèi)。旋轉(zhuǎn)器頂部4301和基部4302每個可以由帶有0. 03英寸帶殼ABS套的0. 06英寸厚的ABS塑料制成，并且可以近似為1. 25X 1. 25X0. 53英寸。圖44A-44E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的x_四邊形桿單元4400的示意圖。如圖 44A和44E所示，χ-四邊形桿單元4400具有過壓成型在單元的轉(zhuǎn)角中的四個磁體，其中，磁體的面朝向轉(zhuǎn)角。χ-四邊形桿單元4400具有非平面的構造，從而磁體面向離開單元4400 中心的大體平面的方向(例如，在圖44A和44E中向下)。這種非平面構造使得χ-四邊形桿單元4400能夠磁聯(lián)接到似乎閉合的積木(圖44D)，或者磁聯(lián)接到在平面表面上具有突出的半球的有軌電車(圖44C)。如圖44B所示，χ-四邊形桿單元4400可以具有與其他面板單元的相應中心開口匹配的中心開口 4401，該其他面板單元例如圖3E的正方形面板單元352 (同樣示出在圖44B中)。χ-四邊形桿單元4400可以由二次成型的ABS制成，并且
24可以近似為1. 53X0. 97X0. 3英寸。
圖45A-45C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的連接器單元4500的示意圖。如圖45A 和45C所示，連接器單元4500包括兩個桿部分4501和在桿部分4501之間的中心球部分 4502。桿部分4501每個具有從桿部分4501垂直伸出的插腳4503，并且具有設置在它們的與中心球部分4502相對的端部處的磁體。這兩個桿部分4501可以單獨附接到中心球部分 4502。或者，這兩個桿部分4501可以彼此是一體的，其中，金屬半球粘接到一體地結合兩個桿部分4501 (這產(chǎn)生了具有三個單獨的零件的外觀，即，兩個“T”形零件和一個球零件)的中心球體部分上。可以將伸出的插腳4503的大小、形狀和間隔距離設計為用以裝配到兩個立方體組件(例如，由正方形磁性面板單元和鐵磁球構成)中，如圖45B所示。作為單個一體件，帶有插腳4503的雙桿4500可以由0. 05英寸壁厚的ABS 二次成型制成，并且可以近似為2. 71X1.45X0. 36英寸。金屬半圓頂可以為15mmX0. 5mmX0. 04英寸。
圖46A-46D為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的小輪組件4600的示意圖。如圖46D的分解圖所示，小輪組件4600包括軸4601、輪基部4602和球體4603。軸4601卡合在輪基部 4602上，如圖46C所示，例如，使用壓縮并展開以卡口到位的端部裝配件4604。輪基部4602 可以在軸4601上自由旋轉(zhuǎn)。如圖46B所示，可以通過將金屬銷壓配合穿過輪基部4602和球體4803中的對準開口中，將球體4803附接到輪基部4602。球體4803可以繞金屬銷旋轉(zhuǎn)。軸4601可以由0.04英寸的帶殼ABS制成，并且可以近似為0. 42X0. 42X0. 49英寸。 輪基部4602可以由0. 06英寸的帶殼ABS制成，并且可以近似為0. 9 X 1. 06 X 0. 3英寸。球體4603可以帶有0. 04英寸厚度的殼。
圖47A-47E為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的照明封閉面板4700的示意圖。如圖 47B-47D所示，可以將照明封閉面板4700的大小和形狀設計為連接到正方形面板單元，例如圖3E的單元352，以為積木組件增加有趣的視覺效果。如圖47A所示，照明封閉面板4700 包括附接到發(fā)光面板帽4702的透明或半透明發(fā)光面板4701。發(fā)光面板帽4702具有隔間， 該隔間收容LED燈4708以及電池4705、4706，該LED燈4708經(jīng)由LED保持件4709設置在發(fā)光面板4701附近，并且電池4705、4706與電池觸點4707 —起給燈4708供電。發(fā)光面板帽4702可以通過螺釘4704固定到發(fā)光面板4701的一部分上。按鈕式開關4703從發(fā)光面板帽4702突出，其啟動和關斷燈4708。如圖47B所示，可以將照明封閉面板4700構造為當其插入到面板單元中時，鈕4703被壓下并且燈4708被啟動。當拆除照明封閉面板4700 時，鈕4703被松開并且燈4708被關斷。鈕4708、發(fā)光面板4701和發(fā)光面板帽4702可以由帶殼的ABS塑料制成。
圖48A-48C為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的小輪基部組件4800的示意圖。小輪基部組件4800可以包括一對輪4801、附接軸4802、輪軸4803和體部軸4804。使用時，小輪基部4800可以附接到其他積木單元(例如圖48B所示的立方體積木)中的孔，從而允許單元滾動。
圖49A-49B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的半有軌電車軸4900的示意圖。該半有軌電車軸包括基部和接合部分4901，該基部用于插入到其他積木單元的孔中，該接合部分 4901構造為用以保持例如鐵磁球體。可以將接合部分構造為卡合杯4901，由于該卡合杯 4901的性質(zhì)和靈活性而允許球體被容易地插入和拆除。
圖50A-50B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的球體軸5000的示意圖。球體軸5000可以在一端設置有半有軌電車軸部分4900，并且在相對端設置有鐵磁球體部分5002。半有軌電車軸部分4900和球部分5002可以通過桿部分5003連接，該桿部分5003可以是剛性的或柔性的。在可替換實施方式中，球部分5002可以是可拆卸的，并且球體軸5000可以在其一端或兩端包括用于附接到鐵磁球體的磁體保持件5001。圖51A-51B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的可逆面板5100的示意圖。面板5100具有能夠插入到這里所描述的積木單元的孔中的插腳5102。面板5100可以具有不同的表面設計或圖案，以便用作這里所描述的積木系統(tǒng)的裝飾性單元。面板5100的第一表面5101 可以設置有例如瓷磚形圖案，而第二表面5103可以設置有例如磚形圖案。可以將插腳5102 構造為滑入和滑出面板，至少達到圖51B所示的在任意側(cè)上的伸出程度，從而面板5100的任意側(cè)可以定位在積木單元或組件的外側(cè)上。圖52A-52B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的彎曲建筑面板5200的示意圖。彎曲建筑面板5200可以插入到這里所描述的積木單元的孔中，從而給組件提供裝飾特征，或者提供圓形積木，如圖52B所示。面板5200包括附接件5201，該附接件5201可以包括能夠附接到這里所述組件的積木中的鐵磁球體的金屬插入件。面板5200可以包括可以帶有窗口切除部彎曲部分5202，以便提供磁組件的圓形積木。彎曲面板5200可以通過附接件5201附接到立方體單元的積木的邊，從而提供圓形結構，該圓形結構可以圍繞立方體或塊組件一直延伸，如圖52B所示。圖53A-5;3B為示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的具有金屬插入件5303的立柱5300的示意圖。立柱5300可以附接到這里所述的積木組件，以便給組件產(chǎn)生裝飾性的立柱外觀。立柱5300包括內(nèi)表面5302和帶圖案的外表面5301，該外表面5301可以模制成形成建筑圖案。金屬插入件5303可以永久性地附接到立柱5300的內(nèi)表面5302，用于磁連接到這里所述的積木單元，例如圖53C所示的鐵磁球體。本發(fā)明優(yōu)選實施方式的上述公開是為了說明和描述的目的給出的。其并不意于是窮舉的或?qū)⒈景l(fā)明限制在所公開的具體形式中。根據(jù)上述公開，對這里所述實施方式所進行的許多變形和改進對于本領域技術人員來說是很明顯的。本發(fā)明的范圍只由權利要求和它們的等同物限定。此外，在描述本發(fā)明的代表性實施方式時，本說明書可能已經(jīng)將本發(fā)明的方法和/ 或過程作為具體順序的步驟提出。然而，在該方法或過程并不依賴于這里所提出的步驟的具體順序的程度上，該方法或過程不應該限制于所描述的步驟的具體順序。正如本領域技術人員將了解的，其他步驟順序也是可能的。因此，說明書中所提出的步驟的具體順序不應該被解釋為是對權利要求的限制。此外，不應該將指向本發(fā)明的方法和/或過程的權利要求限制為按所寫順序的各步驟的性能，本領域技術人員能夠容易理解該順序可以改變，并且仍然在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種磁性積木單元，包括由非磁性材料制成的縱向延伸桿，至少一個設置在所述縱向延伸桿端部處的磁體保持件，嵌入在所述磁體保持件中的磁體，設置在所述縱向延伸桿的中心部分處的鐵磁材料，所述鐵磁材料由彼此附接的兩個大體半球體部分形成，使得當所述兩個大體半球體部分附接時所述縱向延伸桿的非磁性材料的至少一部分設置在所述半球體部分內(nèi)。
2.如權利要求1所述的磁性積木單元，其中，所述兩個大體半球體部分沿與所述縱向延伸桿的縱向軸線共面的平面彼此附接。
3.如權利要求2所述的磁性積木單元，其中，所述兩個大體半球體部分沿部分周向區(qū)域結合，并具有形成在所述大體半球體部分中的切除部以容納所述縱向延伸桿。
4.如權利要求1所述的磁性積木單元，其中，所述兩個大體半球體部分沿垂直于所述縱向延伸桿的縱向軸線的平面彼此附接。
5.如權利要求4所述的磁性積木單元，其中，所述兩個大體半球體部分沿完整的周向區(qū)域結合。
6.如權利要求1所述的磁性積木單元，其中，所述兩個大體半球體部分通過卡合配合彼此附接。
7.如權利要求1所述的磁性積木單元，進一步包括設置在所述縱向延伸桿的至少一端上的永久性附接的鐵磁球。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁性和電子玩具積木系統(tǒng)和單元，其包括具有至少兩個面板(102)的組件，這些面板具有至少兩個磁體保持件，所述磁體保持件圍繞面板的周邊設置，用于將磁體嵌入并定位在其中。磁體(108)布置在每個磁體保持器中，使得在單個面板中的磁體的所有偶極軸線共面并且相交以限定多邊形。當附接兩個相鄰面板時，使用至少兩個鐵磁球體(112)，使得來自每個相鄰面板的一個磁體的偶極軸線共線。這樣，以這種方式構造的若干面板可以嵌套在一起，從而形成各種積木。
文檔編號A63H33/04GK102489025SQ201210012360
公開日2012年6月13日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權日2007年7月9日
發(fā)明者丹尼爾·特倫布萊, 安德烈安內(nèi)·拉瓦, 帕斯卡爾·梅西耶 申請人:美高品牌國際公司盧森堡分公司