磁性和电子玩具积木单元的制作方法

专利名称：磁性和电子玩具积木单元的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及磁性积木套件，更具体地涉及便于方便及快速构建稳定、导电、 大型积木的磁性积木单元。
背景技术：
操作磁性积木玩具组件的主要挑战是建造保持足够稳定性的大型、复杂结构的能
力。典型地，磁性积木套件包括使用户能够设计和建造不同结构的各种磁性和铁磁单元。基
本套件包括(l)两端具有磁体的杆，和(2)以不同角度结合杆并且不受磁体极性限制的铁
磁球或球体。更加先进的套件还包括附接到磁性杆和铁磁球的面板，所述附接或者是机械
地或者是通过设置在面板中的额外磁体。这些面板可以是例如三角形、正方形或者矩形形
状，并且可以通过闭合杆与球体之间的开口而增加积木的稳定性和外观美观性。 虽然提供各种积木单元允许用户在建造大型结构的核心部件时具有灵活性，但是
众多小零件会很难处理，并且需要花费很长时间来构建。因此，例如在建造摩天楼模型时，
用户可能不得不重复地组装许多立方体、四面体或锥体子组件，以将它们结合在一起，并作
为结构的基础。每个子组件可能需要操纵和附接许多单元。例如，一个立方体可能需要十二
个磁性杆、八个铁磁球和六个面板。 一般子组件(例如四面体、锥体或立方体)的重复构建
对于试图建造稳定的大型结构的人来说可能是单调的。此外，非磁性支撑面板的使用使子
组件的构建更加复杂，这是因为需要将面板部分插入到部分建造的子组件中。
同样，看出较大型的杆部件是有利的，因为它们允许更大型积木的组装。然而，已
知的磁性单元积木套件典型地需要使用标准长度杆。因此，很难将具有一个尺度的杆与另
一个尺度的杆一起使用。 因此，仍然需要能够方便且快速组装在一起、并且能够与其他积木单元和子组件 形成一体来建造稳定、大型积木的磁性积木单元。同样需要这种视觉上有趣、可爱并且具有 美学吸引力的积木。

发明内容
本发明的实施方式提供了便于方便及快速构建稳定、大型积木的磁性积木单元。
本发明的一个实施方式提供了一体式面板单元，其包括面板部分和多个各包含磁 体的磁体围装部分。每个磁体具有偶极轴线(北极到南极的轴线)。面板单元的面板部分 大体在x-y平面中延伸，并且将磁体支撑为相对于彼此处于固定关系。优选地，磁体由面板 部分支撑，从而多个磁体的偶极轴线共面且并不对准，从而每个磁体的偶极轴线与相邻磁
4体的偶极轴线相交。将磁体布置成使得相应偶极轴线在与相邻磁体的轴线的交点之间的线
段限定出简单的多边几何形状，例如等边三角形、正方形、菱形、规则五边形、规则六边形等等。 重要的是，对于由几何图形限定的多边形的每个边来说，在面板单元中只提供一 个边缘磁体。因而，例如，在与相邻磁体轴线的交点限定出等边三角形的"三角形"面板单元 中，面板单元只包括三个沿单元边缘的磁体(额外的磁体可以可选地设置在面板单元内)。 由于这种布置，面板单元适于与一个或多个相同的面板单元互相连接或嵌套，从而面板单 元的至少一个磁体的轴线与其他面板单元的至少一个磁体的轴线同线。当与包括球形铁磁 球的套件一起使用时，嵌套的面板单元布置得到了仅由球和面板单元形成的极其稳定的积 木，而不必使用单独的小型磁性杆件。 面板单元的各种构造都是可能的。虽然面板部分可以是或者可以不是严格的多边 形，但是面板单元将具有与沿其边缘支撑的磁体的数量对应的大体为多边形的结构。因此， 面板单元可以成形为是例如三角形(三个边缘磁体)、正方形(四个边缘磁体)、菱形或斜 方形(四个边缘磁体)、五边形(五个边缘磁体)或者六边形(六个边缘磁体)。磁体优选 从面板部分的边缘突出，并且可以将每个磁体定位成使其偶极(北极到南极)轴线与边缘 大体平行。可以将磁体的面定位在面板形状的转角附近。可以改变磁体与面板部分的边缘 的对准，只要维持偶极轴线关系并且这种构造允许与相同的面板单元嵌套即可。在这方面， 磁体围装部分占据面板单元的边的不超过一半(优选为稍小些)是很重要的。这样，两个 类似大小及形状的面板单元可以嵌套在一起，并且结合到公共的铁磁球。这种嵌套布置还 可以提供两个面板之间的铰链，从而每个面板可以相对于两个相应嵌套的磁体围装部分的 共轴的磁轴线转动。此外，面板可以包括附接到沿面板边缘延伸的磁体的导体，从而当两个 面板嵌套时，导体彼此接触并且在两个面板的磁体之间形成连续磁和/或电路径。
本发明的另一个实施方式提供了一种适于与较小型磁性积木套件一起使用的改 进的较大型杆组件。本发明的改进的杆组件包括"球部分"和多个杆部分，它们彼此一体结 合，从而杆部分和球部分的对准是固定的。例如，杆和球单元的一个实现是包括在两个杆之 间一体结合到两该个杆的球，其中磁体设置在杆的与球相对的端部处。可以将杆定位成共 线并且永久性地附连到球，从而提供基本的长杆单元。通过将每个杆部分的尺寸设计为与 杆单元的长度相同，并且通过使用与较小型磁性积木套件中的铁磁球具有相同尺寸的球部 分，就可以将该改进的杆积木与较小型套件的部件一起使用，从而增加游戏价值。
本发明的另一个实施方式提供了一种具有"H"形形状的单元。该H-形单元可以包 括由中心支柱一体结合的两个磁性杆部分，从而杆部分和中心支柱相对于彼此的对准是固 定的。杆部分每个具有两端，其中磁体设置在每端处。优选地，杆部分和支柱是共面的，并 且磁体的北极到南极(偶极)轴线大体垂直于支柱的纵轴线。该H-形单元可以附接到四 个铁磁球，从而提供在其上建造其他单元的稳定基础，例如，建造具有正方形基部的锥体。
本发明的其他实施方式提供了为大型磁性积木增加稳定性和美学上令人愉悦的 外观的可替换构造的磁性积木单元。 本发明的其他实施方式提供了导电磁性积木单元和照明单元。
本发明的其他实施方式提供了机械运动，例如，铰链和轮。 本发明的其他实施方式提供了能够在其上建造构筑积木组件并且能够旋转的积木支撑件。 本发明的其他实施方式提供了一种不共面的磁性积木单元，其允许用户建造在看 上去闭合的积木上。


图1A和1B为分别示出根据本发明实施方式的三角形面板单元的平面图和透视图 的示意图。 图1C为根据本发明实施方式的图1A和IB的三角形面板单元的嵌套组件的示意 图。 图2A和2B为分别示出根据本发明可替换实施方式的另一种三角形面板单元的透 视图和平面图的示意图。 图2C为根据本发明实施方式的图2A和2B的三角形面板单元的嵌套组件的示意 图。 图2D为示出根据本发明实施方式的图2A和2B的三角形面板单元的嵌套组件和 铰链运动的示意图。 图2E为示出根据本发明可替换实施方式的骨架状三角形面板单元的仰视平面图 的示意图。 图2F为示出图2E的骨架状三角形面板单元的俯视平面图的示意图。 图2G为示出图2E的骨架状三角形面板单元的底部透视图的示意图。 图2H为示出图2E的骨架状三角形面板单元的侧视图的示意图，其朝向垂直于单
元的磁体的轴线方向。 图21为示出图2E的骨架状三角形面板单元的另一个侧视图的示意图，其朝向与 单元的磁体的轴线同轴的方向。 图3A为示出根据本发明可替换实施方式的另一个示例性三角形面板单元的平面 示意图。 图3B、3C和3D为分别示出根据本发明可替换实施方式的菱形(斜方形)面板单 元、五边形面板单元和正方形面板单元的示意图。 图3E为示出根据本发明可替换实施方式的骨架状正方形面板单元的俯视平面图 的示意图。 图3F为示出图3E的骨架状正方形面板单元的仰视平面图的示意图。 图3G为示出图3E的骨架状正方形面板单元的俯视透视图的示意图。 图3H为示出图3E的骨架状正方形面板单元的仰视透视图的示意图。 图31为示出图3E的骨架状正方形面板单元的侧视图的示意图，其朝向与单元的
两个磁体的轴线同轴并且垂直于另两个磁体轴线的方向。 图3J为示出根据本发明实施方式的两个嵌套的正方形面板单元的示意图。
图3K为示出根据本发明实施方式的两个带有铁磁球体的嵌套正方形面板单元的 示意图。 图3L为示出根据本发明实施方式的包括两个三角形面板和两个球体的铰链状积 木的平面图的示意图。
图3M为示出根据本发明实施方式的包括两个正方形面板和两个球体的铰链状积 木的平面图的示意图。 图3N为示出根据本发明实施方式的包括三角形面板和正方形面板以及两个球体 的铰链状积木的平面图的示意图。 图4A-5K为示出根据本发明实施方式的一体形成的大型杆的示意图。 图5L为示出根据本发明实施方式的每个具有三个杆和两个中间金属球、设置在
有轨电车之上的长三节杆的示意图，其中有轨电车中的座间隔开以便与长三节杆的间隔开
的球协作。 图6为根据本发明实施方式的使用图4B的一体形成的大型杆和图1A与1B的三 角形面板单元的示例性积木的示意图。 图7A-8为根据本发明实施方式的H-形单元的示意图。 图9A和9B为根据本发明实施方式的X-形单元的示意图。 图10为根据本发明实施方式的链单元的示意图。 图11A为根据本发明实施方式的弹簧杆单元的示意图。 图11B为根据本发明实施方式的具有内部弹簧的杆单元的示意图。 图12为根据本发明实施方式的正方形链接单元的示意图。 图13为根据本发明实施方式的三角性杆的示意图。 图14A-14G为示出根据本发明实施方式的一体式球和面板单元的示意图。
图15为根据本发明实施方式的具有连接支柱的双正方形链接单元示意图。
图16为根据本发明实施方式的圆形连接器单元的示意图。
图17为根据本发明实施方式的弯曲面板单元的示意图。
图18为根据本发明实施方式的中空铁磁球的示意图。 图19A-19C为根据本发明实施方式的积木单元的示意图，该积木单元具有用于在 大体垂直于该单元的磁体与其他积木单元联接所在平面的方向上附接额外零件的装置。
图20A为根据本发明实施方式的经由凸-凹接头附接到三角形面板单元的三角形 单元的示意图。 图20B为根据本发明实施方式的适于连接到面板单元的示例性三角形封闭面板 的正视透视图的示意图。 图20C为图20B的封闭面板的后视透视图的示意图。
图20D和20E为图20B的封闭面板的侧视图的示意图。 图20F为根据本发明实施方式的适于连接到面板单元的示例性正方形封闭面板 的正视透视图的示意图。 图20G为图20F的封闭面板的后视透视图的示意图。 图20H和201为图20F的封闭面板的侧视图的示意图。 图20J-20N为根据本发明实施方式的示例性六边形封闭面板的示意图。 图21为根据本发明实施方式的经由凸_凹接头附接到三角形面板单元的杆的示意图。 图22为根据本发明实施方式的经由凸_凹接头附接到三角形面板单元的大型杆 单元的示意图。
图23为根据本发明实施方式的供电基板的透视图的示意图。 图24为图23的供电基板的示意图，其中，拆除了存储容器。 图25为根据本发明另一个实施方式的供电基板的分解透视图的示意图。 图26为根据本发明实施方式的导电铁磁建造表面的平面图的示意图。 图27为根据本发明实施方式的供电基板的横截面视图的示意图。 图28为根据本发明实施方式的供电建造平台的内壁的透视图的示意图。 图29为根据本发明实施方式的供电基板的示例性操作的示意图。 图30为示出根据本发明实施方式的结合在一起以便传导电流并且形成附接到供
电基板并且由供电基板供电的积木组件的一部分的示例性导电元件和导电电子单元的示意图。 图31A-31C为示出根据本发明实施方式的导电磁性杆的结构的示意图。 图32A-32C为示出根据本发明实施方式的具有诸如发光模块的电子部件的导电
电子磁性杆的结构的示意图。 图33A-33C为示出根据本发明另一个实施方式的具有电子控制部件的导电电子 磁性杆的结构的示意图。 图34A-34B为示出根据本发明另一个实施方式的导电电子磁性面板单元的示意 图。 图35A-35D为示出根据本发明实施方式的用于组装导电磁性积木组件的示例性 部件的示例性方法的示意图。 图35E为示出根据本发明实施方式的使用导电三角形面板单元的导电磁性积木 的示意图。 图36A-36C为示出根据本发明实施方式的示例性旅行箱的示意图。 图37A为示出根据本发明实施方式的示例性轮单元的示意图。 图37B为示出根据本发明实施方式的磁性积木单元和轮单元的组件的示意图。 图38A-38E为示出根据本发明实施方式的双轴积木单元的示意图。 图39A-39D为示出根据本发明实施方式的正方形铰链单元的示意图。 图40A-40D为示出根据本发明实施方式的积木支撑件的示意图。 图41A-41E为示出根据本发明实施方式的轮组件的示意图。 图42A-42D为示出根据本发明另一个实施方式的另一种轮组件的示意图。 图43A-43C为示出根据本发明实施方式的旋转器单元的示意图。 图44A-44E为示出根据本发明实施方式的x_四边形杆单元的示意图。 图45A-45C为示出根据本发明实施方式的连接器单元的示意图。 图46A-46D为示出根据本发明实施方式的小轮组件的示意图。 图47A-47E为示出根据本发明实施方式的照明封闭面板的示意图。 图48A-48C为示出根据本发明实施方式的小轮基部的示意图。 图49A-49B为示出根据本发明实施方式的半有轨电车(tram)主轴的示意图。 图50A-50B为示出根据本发明实施方式的球体主轴的示意图。 图51A-51B为示出根据本发明实施方式的可逆面板的示意图。 图52A-52B为示出根据本发明实施方式的弯曲建筑面板的示意图。
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图53A-53C为示出根据本发明实施方式的具有金属插入件的立柱的示意图。
具体实施例方式
本发明的实施方式提供了大体在x-y平面中延伸(虽然在z-方向上具有一些厚 度)的面板单元。面板单元为一体式结构，其包括面板部分和多个均保持为相对于彼此固 定的空间关系的磁体包含部分。每个磁体具有偶极轴线(北极到南极的轴线)。面板单元 的面板部分大体在x-y平面中延伸，以便将磁体支撑为相对于彼此的固定关系中。优选地， 磁体由面板部分支撑，从而多个磁体的偶极轴线共面且并不对准，从而每个磁体的轴线与 相邻磁体的轴线相交。将磁体布置成使得相应偶极轴线在相邻磁体轴线的交点之间的线
段限定出简单的多边几何形状，例如等边三角形、正方形、菱形、规则五边形、规则六边形等等。 重要的是，对于由几何图形限定的多边形的每个边来说，在面板单元中只提供一
个边缘磁体。因而，例如，在与相邻磁体轴线的交点限定出等边三角形的"三角形"面板单元 中，面板单元只包括三个沿单元边缘的磁体(额外的磁体可以可选地设置在面板单元内)。 由于这种布置，面板单元适于与一个或多个相同的面板单元互相连接或嵌套，从而面板单 元的至少一个磁体的偶极轴线与其他面板单元的至少一个磁体的偶极轴线同线。当与包括 球形铁磁球的套件一起使用时，嵌套的面板单元布置得到了仅由球和面板单元形成的极其 稳定的积木，而不必使用单独的小型磁性杆件。 面板单元的各种构造都是可能的。虽然面板部分可以是或者可以不是严格的多边
形，但是面板单元将具有与沿其边缘支撑的磁体的数量对应的大体为多边形的结构。因此， 面板单元可以成形为是例如三角形(三个边缘磁体)、正方形(四个边缘磁体)、菱形或斜 方形(四个边缘磁体)、五边形(五个边缘磁体)或者六边形(六个边缘磁体)。磁体优选 从面板部分的边缘突出，并且可以将每个磁体定位成使其偶极(北极到南极)轴线与边缘 大体平行。可以将磁体的面定位在面板形状的转角附近。可以改变磁体与面板部分的边缘 的对准，但是有利的是保持上述的偶极轴线的关系并且保持允许与相同面板单元嵌套的构 造。在这方面，磁体围装部分占据面板单元的边的不超过一半(优选为稍小些)是很重要 的。这样，两个类似大小及形状的面板单元可以嵌套在一起，并且结合到公共的铁磁球。 虽然由于各种原因，包括美学价值、用材最小、结构性能和额外的结构效用，这里 所描述的具体面板构造是优选的，但是当与其他面板和铁磁球体协作时，偶极磁体的固定 取向本身具有明显的游戏价值。在这种情况下，本质特征为由面板的非磁性部分保持的磁 体取向。 磁体优选为沿轴线延伸的基本为圆柱形的磁体。每个面板包括三个或更多个磁 体，优选具有相同的大小和形状(圆柱形)。将面板设计为使得每个磁体紧固在非磁性材料 中，使得磁体相对于彼此的取向基本上固定。优选地，磁体的取向为使所有磁体的圆柱形轴 线基本共面。此外，磁体的轴线优选在限定多边形顶点的点处相交。在优选实施方式中，具 有由共面磁体轴线的交点限定的顶点的多边形的边的数目与共面磁体的数目相同。从而， 例如，如果面板件具有三个共面磁体，则多边形将具有三个边，并且如果面板件具有四个共 面磁体，则多边形优选具有四个边。最优选的是，该多边形为规则多边形，例如，等边三角 形、正方形等。
虽然不是必要的，但是优选的是，由于美学和结构原因，面板的非磁性部分的构造 大体符合具有由共面磁体轴线的交点限定的顶点的多边形的形状。从而，例如，具有三个共 面磁体的件将具有大体为三角形的形状，具有四个共面磁体的件将具有矩形(优选为正方 形)形状，具有五个边的件将具有五边形形状，等等。 虽然这些件具有"大体"多边形的形状，但是本发明的重要方面在于，以下述方式 将磁体紧固在多边形形状的外周边处，即允许相邻件"嵌套"到彼此中，从而这些件能够布 置成使得一个面板的一个磁体的圆柱形轴线能够对准，从而其与相同大小的另一个面板的 一个磁体的圆柱形轴线基本共线，同时被阻止与其他面板接触。当具有这种结构的件与合 适尺寸的球体形铁磁球一起使用时，相邻面板能够以独特的铰链状方式移动，即使相邻面 板之间无接触并且没有额外的支撑件延伸在这些销之间也如此。这种铰链状移动对于积木 玩具领域来说是独特的，并且对于包括这种特征的积木玩具套件的游戏价值作出了很大贡 献。 作为这种实施方式的例子，图IA和IB示出了一体构成的三角形面板单元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边缘的磁体围装部分106内 的三个磁体，其中每个磁体围装部分占据边缘的不超过一半的长度。磁体围装部分106每 个均包括一个磁体108(例如，圆柱形磁体)，该磁体108具有定位成邻近由中心面板104表 示的三角形的转角的面，并且其北极到南极的轴线定位成与边缘大体平行。虽然在图1A和 IB的实施方式中已经去除了中心面板104的三角形转角，但是也可以如图3A所示保持转 角。在任何情况下，三个磁体108的偶极轴线沿限定等边三角形的边的线延伸。
磁体108相对于中心面板104的取向能使面板102能够与特殊嵌套组件中的其他 类似构建的面板结合在一起，该组件的例子在图1C中示出。组件110包括三个面板单元 102，该三个面板单元102彼此嵌套并且由四个铁磁球112结合以形成基本为四面体的结 构。面板单元102之间的嵌套提供了面板单元102与铁磁球112之间的磁性、机械和摩擦 配合(例如，磁体围装部分106的非磁体端之间)，以提供改善的稳定性。类似的多面体结 构可以由正方形面板单元(例如，参见图3D)、矩形面板单元、菱形面板单元(例如，参见图 3B)和五边形面板单元(例如，参见图3C)建造。 在其他实施方式中，面板102可以包括在每个磁体围装部分106内的电和/或磁 导体，该电和/或磁导体与磁体108接触并且延伸到磁体围装部分106的与磁体108相对 的端部。这样，当多个面板102例如如图1C所示彼此嵌套时，导体彼此接触以在整个组装 件上提供完全的电路和/或磁路。图1C中通过块103a和103b表示了两个彼此接触的内 部导体(以及它们相应的磁体)的例子。电磁导体可以包括例如钢制插头。这种导体使得 能实现更坚固的磁性连接。例如，铁磁球可以附接到具有相反极性的两个磁体，这在球中产 生了南北极。重复这种连接确保了极性连续地穿过导体以及整个组装件，这使磁性的分散 最小，并且产生了使部件之间的磁吸力最大的磁路。除了使得磁性积木能够更坚固之外，导 体还可以提供导电的磁性积木，其将在下面进行更加详细的描述。 除了嵌套面板单元以形成多边形结构外，面板单元可以彼此夹在一起，使它们的 面彼此接触。例如，再次参见图1A和1B，两个三角形面板单元102可以夹在一起，使中心 面板104的面彼此接触，并且使面板单元102相对彼此径向偏移，从而半杆106彼此之间交 替，以形成三角形面板，该三角形面板能够在其三个转角中的每个转角处磁联接于铁磁球。
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图2A和2B示出了根据本发明可替换实施方式的另一个三角形面板单元202。在 这个例子中，三角形面板单元202包括中心体部204，三个臂205从该中心体部204延伸。 磁体208设置在臂205的远端处，其中磁体208的北极到南极的轴线的取向类似于图1A和 IB的面板单元102的磁体108，即，沿限定等边三角形的边的线延伸。如面板单元102的磁 体围装部分106 —样，栅极单元202的磁体壳体206占据等边三角形的边的不超过一半。 面板单元202可以一体模制的零件，例如通过将磁体放置在模具中并在其周围进行夹物模 压来得到。或者，中心体部204、臂205和壳体206可以一体模制成具有形成在壳体206中 的磁体凹部，并且在后模制过程中，磁体可粘接或焊接在凹部中的适当位置，也许是通过粘 接或焊接在适当位置并紧固在磁体上方的盖来实现。正如图2A所示，夹物模压的或粘接的 盖可以是凹入的，并且包括露出磁体的面的开口 207，以允许磁体与铁磁球之间的确定的可 靠接触。这种接触使得磁路和电路能够完整。中心体部204和臂205还可以包括减少单元 202中所使用材料的量的凹部或开口，以减少零件的重量和成本，同时还可以提供下面将更 加详细讨论的额外的机械接头。 面板单元202中的磁体的取向及位置使得能够得到类似于前面所述那些嵌套组 件的嵌套组件。图2C示出了四个面板单元202和四个铁磁球的嵌套组件，形成了四面体结 构。为了更加清晰，图2D示出了在增加第三和第四面板单元202以形成图2C的四面体结 构之前的两个嵌套且磁联接的面板单元202。通过将该四个面板单元202嵌套并且经由四 个铁磁球彼此磁联接，所产生的四面体结构是刚性且坚固的，并且可以用作稳定的大型磁 性积木的核心部件。此外，图2D的两个面板单元结构能够提供有用且有趣的机械运动，实 际上如铰链那样起作用。例如，图2D中的每个面板单元202能够相对于连接铁磁球222和 224的中心的线枢转。类似的铰链状积木可以由具有其他形状的面板形成，其他形状例如正 方形、矩形、菱形(斜方形)和五边形。 图2E-2I示出了根据本发明可替换实施方式的骨架状三角形面板单元252。在这 个例子中，面板单元252包括中心体部254，三对臂255从中心体部254延伸。磁体258设 置在臂255的远端处，使得磁体258的北极到南极的轴线方向类似于图1A和1B的面板单 元102的磁体108，即，沿限定等边三角形的边的线延伸。正如面板单元102的磁体围装部 分106，面板单元252的磁体壳体256占据等边三角形的边的不超过一半。面板单元252可 以是模制零件，或者一体形成或者由粘接或焊接在一起(正如前面参考面板单元202描述 的)的各部分形成。正如图2G和2H中最佳所示，磁体壳体256可以是凹入的，并且包括露 出磁体258的面的开口 257，以允许磁体与铁磁球之间的确定的可靠接触。这种接触使得磁 路和电路能够完整。 如图2E-2G所示，中心体部254、臂255和磁体壳体256可以限定减少单元252中 所使用材料的量的凹部或开口 264，以减少零件的重量和成本，同时仍然提供必需的结构支 撑。此外，在这个具体的实现中，正如图2H和21最佳所示，臂255的厚度可以从中心体部 254到磁体壳体256增大，以使面板单元252中所使用的材料的量最小化，同时仍然为面板 单元252提供符合典型消费者安全标准所必需的刚性和强度。凹部和开口还可以提供下面 将要更加详细讨论的额外的机械接头。 类似于图2E-2I的骨架状三角形面板单元252，图3E-3I示出了根据本发明另一 个可替换实施方式的骨架状正方形面板单元352。在这个例子中，面板单元352包括中心体部354，四个臂355a从中心体部354延伸。磁体358设置在臂355a的远端处，使得磁体 358的北极到南极的轴线的取向类似于图3D的面板单元的磁体，S卩，沿限定正方形的边的 线延伸。正如图3D的面板单元的磁体围装部分，面板单元352的磁体壳体356占据了正方 形的边的不超过一半。面板单元352还包括周边构件355b，每个周边构件355b在臂355a 与磁体壳体356之间延伸，所述磁体壳体356邻近臂355a连接到其上的磁体壳体356。正 如图3E和3F最佳所示，周边构件355b合在一起近似于正方形，并且使面板单元352具有 更好的结构强度和刚性。面板单元352可以是模制零件，或者一体形成或者由粘接或焊接 在一起(正如前面参考面板单元202描述的)的各部分形成。正如图3G和3H最佳所示， 磁体壳体356可以是凹入的，并且包括露出磁体358的面的开口 357，以允许磁体与铁磁球 之间的确定的可靠接触。这种接触使得磁路和电路能够完整。 如图3E-3G所示，中心体部354、臂355a、周边构件355b和磁体壳体356可以限定 减少单元352中所使用材料的量的凹部或开口 364，以便减少零件的重量和成本，同时仍然 提供所必需的结构支撑。此外，在这个具体的实现中，正如图3I最佳所示(面板单元352 的边的侧视图，其余三个边的视图为镜像图)，臂355a的厚度可以从中心体部354到磁体壳 体356增大，以使面板单元352中所使用的材料的量最小化，同时仍然为面板单元352提供 符合典型消费者安全标准所需的刚性和强度。凹部和开口还可以提供下面将要更加详细讨 论的额外的机械接头。 在本发明的另一个方面中，例如单元252和352的面板单元可以在三维积木中彼 此嵌套和重叠，该三维积木与铁磁球一起提供铰链状的连接、对水平对准构件的更强的竖 直支撑以及使该结构能够容纳变化的负载的"弹性"。图3J示出了本发明该方面的使用两 个嵌套的正方形面板390和391的例子。正如所示，面板390和391可以定位成彼此成一 个角度(例如，相互垂直)，使面板390的磁体壳体392a与面板391的磁体壳体393a嵌套。 在这种构造中，磁体壳体392a与磁体壳体393a同轴。然后，可以将铁磁球磁联接到磁体壳 体392a和393a中每一个的面朝外的侧部(使得磁体壳体的轴线大体与球的中心对准)，并 且联接到分别与磁体壳体392a和393a正交的其余两个磁体壳体392b和393b，正如图3K 所示。通过这个组件，面板390和391可以大体绕磁体壳体392a和393a的同轴轴线相对 于彼此枢转。由嵌套的磁体壳体所提供的铰链特征使得能够具有独特的可逆的三维结构。 例如，参见图3K，为了形成立方体结构，可以将四个额外的正方形面板单元磁联接到图中所 示的两个面板单元上，以类似方式嵌套，使得八个铁磁球位于立方体的转角上。依靠铰链 连接，可以通过展开每个面板直到所有面板都扁平地处于单个平面中并且使铁磁球仍然附 接，来打开立方体。然后，可以朝该单个平面的相对侧折叠面板以逆转该立方体，从而使面 板的相对侧部面朝外。以这种方式，可以将三维结构逆转以便在面板单元的相对侧部上显 示不同的图像。因此，例如，该结构可以在第一构造中示出第一颜色、标记或图像，并且可以 被逆转以在逆转的第二构造中示出不同的第二颜色、标记或图像。该可逆转的方面可以结 合到游戏或教育积木中，其挑战用户建造具有第一外观的三维结构，该三维结构在该结构 逆转时转换到第二外观。 正如在图3J的例子中所示出的，嵌套的面板单元还可以给例如立方体的三维积 木提供进一步的结构支撑和"弹性"。该增加的结构支撑和弹性通过同轴的磁体壳体之间的 重叠以及一个面板的磁体壳体与相邻面板的体部之间的重叠而成为可能。例如，如图3J所示，磁体壳体392a和393a可以彼此接触，以限制面板单元390与391之间并且大体沿磁体 壳体392a和393a轴线的相对方向的相对运动。作为另一个例子，磁体壳体393a设置在面 板单元390的周边构件394上方。以这种方式，周边构件394可以限制磁体壳体393a在朝 向周边构件394的方向上的运动。例如，如果在大体朝向周边构件394的方向上给面板单 元391施加力，则面板单元391的运动将受到周边构件394的限制，并且磁体壳体393a会 基本上倚靠在周边构件394之上。在完整的立方体中，面板单元391同样也可以倚靠在其 他三侧的面板单元的周边构件上，从而提供坚固的积木。在这种构造中，当成对的嵌套的磁 体壳体彼此接触并且限制面板单元之间的相对运动时，可以提供进一步的结构支撑。
在提供这种额外的强度时，该积木还由于面板单元相对于彼此以及相对于铁磁球 的起始定位以及存在于起始定位时的面板单元之间的间隙而提供了"弹性"。图3J示出了 当面板单元390和391通过铁磁球(未示出)结合时所提供的示例性的间隙395和396 (在 任何加载之前)。之后，例如，当在大体朝向周边构件394的方向上给面板单元391施加负 载时，磁体壳体393a沿铁磁球向下滑动，通过磁性结合来抵抗所施加的力。当该力克服了 磁性结合时，磁体壳体393a继续滑动并且间隙395变窄，直到磁体壳体393a如上所述接触 周边构件394。同时，以类似的方式，磁体壳体393b通过其与其他铁磁球(未示出)的磁性 结合来抵抗所施加的力。在三维结构中，这种"弹性"和增加的结构支撑可以在几个连接处 同时提供。例如，在完整的立方体中，大体垂直于顶部水平面板单元施加的力可能会导致该 顶部面板朝下面的四个竖直面板单元"弹性变形"。 具有其轴线沿多边形的边定位的磁体的面板单元使得能够实现用于大型积木的 稳定核心组件(使用铁磁球)的方便、快速构建。面板单元和核心组件使总体结构非常坚 固，并且能抵抗剪切和扭转应力，以保持它们的形状。面板单元的中心部分或体部还能够用 作支撑重量的表面，并且能够提供代表实际架构的美学上非常令人愉快的封闭的壁结构。 此外，与仅包括磁杆和铁磁球的传统构件体设置相比，能够用更少的零件来建造磁性积木 的核心子组件。 提供上述铰接状运动的优选积木在图3L-3N中示出，其中，"三角形"和"正方形" 面板与两个球体一起提供了铰链状积木。正如从图中可以理解的，术语"三角形"和"正方 形"在该上下文中的意思并不是照字义理解的，因为严格来讲面板并不是"三角形"或"正 方形"面板。在该上下文中，这些术语表示面板的大体外观。 在图3L中，示出了包括两个三角形面板252和两个球体222、224的铰链状积木， 每个面板252的外面部分256保持磁体，使得在该面板上的所有磁体的圆柱形轴线(例如， 在右手边面板252上的轴线a、 b和c以及在左手边面板252上的轴线a、 d和e)基本上共 面。此外，磁体的轴线优选在限定等边三角形顶点的点处相交。当两个三角形件252放置 成与两个球体222、224磁接触并且嵌套时，使得由来自每个面板352的一个磁体组成的两 个磁体轴向对准(例如，沿图3L中的轴线a)，并使每个面板的另一个磁体与铁磁球接触，如 所示出的。因而，每个球体222、224被两个磁体接触，这两个磁体中的每个磁体分别来自每 个面板252。这两个磁体轴向对准并且与球体222、224的中心对准。在这种情况下，由于面 板具有相同的形状，因此并未同轴对准的两个磁体彼此平行(例如，在图3L中未对准的球 体接触磁体的轴线d和c是平行的)，但是参见图3N可以看出这并不是必须的。在这种情 况下(图3L)，一个面板的并未轴向对准的两个磁体中的每一个以相对于接触该球体的另一个磁体大约60°的角度(例如，轴线b与轴线a之间的角度)接触球体(球)，这给铰链 状的组件提供了侧向稳定性。当如图所示构造时，面板可以相对于彼此以铰链状的方式枢 转一定的运动范围，该范围主要由一个面板体部与另一个面板体部的接触限制。在优选实 施方式中，枢转运动的范围基本超过180度，并且接近270度。这种容易产生的具有基本超 过180度铰链运动范围的稳定积木为积木套件提供了改进的游戏价值。
在图3M中，示出了包括两个正方形面板352和两个球体222、224的铰链状积木， 各个面板352的外面部分保持磁体，使得在那个面板上的所有磁体的圆柱形轴线(例如，右 手边面板352的轴线g、h、 i和j以及左手边面板352的轴线f 、 g、 i和j)基本上共面。此 外，磁体的轴线优选在限定正方形顶点的点处相交。当两个正方形件352放置成与两个球 体222、224磁接触并且嵌套时，由分别来自每个面板352的一个磁体组成的两个磁体轴向 对准(例如，沿图3M中的轴线g)，并使每个面板的另一个磁体与铁磁球体222、224接触，如 图所示。因而，每个球体222、224被两个磁体接触，每个面板352 —个磁体。这两个磁体轴 向对准并且与球体222、224的中心对准。在这种情况下，由于面板具有相同的形状，因此并 未同轴对准的两个磁体彼此平行(例如，在图3M中未对准的球体接触磁体的轴线i和j是 平行的)，但是参见图3N可以看出这并不是必须的。在这种情况下(图3M)，并未轴向对准 的两个磁体每个以相对于接触其相应球的另一个磁体的大约90。的角度接触球(例如，右 手边面板的轴线g和轴线j垂直，并且左手边面板的轴线g和i垂直)，这给铰链状组件提 供了侧向稳定性。当如图所示构造时，面板352可以相对于彼此以铰链状方式枢转一定的 运动范围，该范围主要由一个面板体部与另一个面板体部的接触限制。在优选实施方式中， 枢转运动的范围基本上超过180度，并且接近270度。这种容易产生的具有基本超过180 度铰链运动范围的稳定积木为积木套件提供了改进的游戏价值。 图3N示出了包括三角形面板252和正方形面板352以及两个球体222、224的铰链 状积木，每个面板的外面部分保持磁体，使得那个面板上的所有磁体的圆柱形轴线(例如， 右手边三角形面板252的轴线l、o和p，以及左手边正方形面板352的轴线k、l、m和n)基 本共面。此外，磁体的轴线优选在限定规则多边形(一个正方形，一个三角形)顶点的点处 相交。当三角形252和正方形件352放置成与两个球体222、224磁接触并且嵌套时，由每 个面板的一个磁体组成的两个磁体轴向对准(例如，沿图3N中的轴线1)，每个面板的另一 个磁体被使得与铁磁球体接触，如图所示。因而，每个球体222、224被两个磁体接触，每个 面板一个磁体。这两个磁体同轴对准并且与球体222、224的中心对准。在这种情况下(图 3N)，由于面板具有不同的形状，所以并未同轴对准的两个磁体彼此并不平行(例如，未对 准的球体接触磁体的轴线n和o是不平行的)。在这种情况下，相同面板的并未同轴对准的 两个磁体中的一个以相对于接触那个球的另一个磁体的大约90度的角度接触球体(例如， 左手边面板352的轴线1和n以90度分开)，并且未同轴对准的两个磁体的另一个磁体以 相对于接触球体的另一个磁体的大约60°的角度接触其球体(例如，右手边面板252的轴 线1和轴o以大约60度分开)。这种布置给铰链状组件提供了侧向稳定性。当如图所示构 造时，面板252、352可以相对于彼此以铰链状方式枢转一定的运动范围，该范围主要由一 个面板体部与另一个面板体部的接触限制。在优选实施方式中，枢转运动的范围基本上超 过180度，并且接近270度。这种容易产生的具有基本超过180度铰接运动范围的稳定积 木给积木套件提供了改进的游戏价值。
图4A-5G示出了根据本发明实施方式的改进的大型杆积木。将该改进的较大型的 杆组件设计为允许其与较小型的磁性积木套件一起使用。杆包括"球部分"和多个杆部分， 它们全部彼此一体地结合，从而杆部分以及球部分的对准被固定。这些大型杆便于大型磁 性积木的方便、快速以及稳定的组装，而且仍然与小型磁性部件(例如具有较短长度的传 统磁性杆)相容。 作为例子，图4A-4C示出了一体形成的大型杆(其可以称为"杆和球单元")402， 其包括两个杆部分404和铁磁球部分406。杆部分404和球部分406永久地彼此附连，从而 这些部分的空间关系是固定的。在这个实施方式中，杆部分404和球部分406对准，从而杆 部分404的纵轴线共线并且与球406的中心相交。磁体408设置在大型杆单元402的远端 处。将认识到，磁体的偶极轴线同样是基本共线的。 图4D-4F示出了根据本发明可替换实施方式的包括两个杆部分454和铁磁球部 分456的另一个大型杆452。杆部分454可以在它们的与球部分456相对的端部处包含磁 体。在这个实施方式中，大型杆252形成为从一个杆部分、经过球形的球部分并到达相对的 杆部分的连续构件。例如，连续构件可以是塑性注塑模制的零件，其包括球形的球部分和在 该球部分的相对侧上的两个杆部分。然后可以将铁磁材料应用在球部分上，以便提供用于 将磁性单元磁联接到大型杆452的中心部分上的装置。在一种实现中，如图4D和4E所示， 在球部分上应用金属壳(例如，粘接的)，该金属壳由两个半球部分457a和457b形成，并且 在两个半球部分的端部上具有圆形切口以容纳杆部分。在另一种实现中，铁磁材料模制在 球部分上或者涂覆在球部分上。 在可替换的实施方式中，如图4G所示，不是形成图4D-4F所示的铁磁球体部分 (其中，两个半球体之间的接缝与杆452的纵轴线处于公共平面中)，而是铁磁球体部分可 以由具有大体垂直于杆452轴线的接缝的两个半球体形成。在这种实施方式中，每个半球 体部分457c、457d可以包括在"极"区中的孔，孔的大小形成为使杆部分454可装配通过该 孔。然后，半球体部分中的每一个在杆部分454上滑动，从而在球部分456处会合以待例如 通过粘合、卡合装配等结合。这个实施方式可以提供增加的优点，即结合在一起的两个半球 体铁磁部分457c、457d产生完全的周向密封。 大型杆(或杆和球)单元可以与其他类似的积木单元组装在一起，以便快速形成 用于积木的大的核心组件。具体地，通过使每个杆部分的尺寸与杆单元的长度相同，并且使 用其尺寸与较小型磁性积木套件中的铁磁球相等的球部分，该改进的杆积木就可以与较小 型套件的部件结合使用。杆单元还可以包括内部导体，以便提供贯穿杆的完整的磁路和/ 或电路。作为例子，可以使用例如图1C的块103a和103b的导体。 图6示出了这种积木600的例子，其使用六个大型杆402 (具有杆部分和球部分) 和四个铁磁球615来形成四面体结构。此外，为了给积木600提供进一步的强度和稳定性， 可以在四面体结构的每个面处附接有磁联接到大型杆402的中间球部分的三角形面板单 元202。 图5A-5E示出了一体式大型杆的额外的实现。图5A示出了大型杆570，其包括三 个杆574，这三个杆574永久性地附连到三个铁磁球576以形成基本在x-y平面中延伸的三 角形单元。单元570不需要包括任何磁体。 图5B示出了大型杆572，其包括四个杆574，这四个杆574永久性地附连到单个铁磁球576，在该构造中单个铁磁球576能够用作正方棱锥的顶点。杆574可以在它们的与球 576相对的端部处具有磁体578，用于磁联接到其他铁磁单元或磁性单元(例如铁磁球)。
图5C示出了大型杆580，其包括两个杆574，这两个杆574永久性地附连到单个铁 磁球576。杆574可以在它们的端部处具有磁体578。 图5D示出了大型杆582，其包括三个杆574，这三个杆574永久性地附连到单个铁 磁球576，在该构造中单个铁磁球576能够用作三角棱锥的顶点。杆574可以在它们的端部 处具有磁体578。 图5E示出了大型球和杆单元584，其包括两个永久性地彼此附连的杆574a和 574b以及永久性地附连到杆574b的一端的铁磁球576。在球576与另一个杆574a之间的 杆574b不需要具有任何磁体。杆574a可以具有设置在其与杆574b相对的端部处的磁体 578。 图5F和5G示出了大型球和杆单元594，其包括两个永久性地附连在杆部分595 的相对端部上的铁磁球部分596。在一种实现中，单元594形成为从第一球部分、经过杆部 分并到第二球部分的连续构件。例如，该连续构件可以是塑性注塑模制的零件，其包括杆部 分和两个球部分。然后可以将铁磁材料应用在球部分上，以便提供用于将磁性单元磁联接 到球596的装置。在一种实现中，如图5F和5G所示，在球部分上应用金属壳(例如，粘接 的)，该金属壳由两个半球体部分597a和597b形成，并且在一个半球体部分597b中具有圆 形切口以容纳杆部分。在另一种实现中，铁磁材料模制在球部分上或者涂覆在球部分上。
图5H-5I示出了图5F和5G中所示的大型球和杆单元594的示例性积木。如图 5H所示，铁磁(例如，金属)半球旋入到杆部分595的端部中。然后，在旋入的半球的端部 处粘接铁磁(例如，金属)半球端部。可以使用三角头螺钉。杆部分595可以由0.06英寸 的带壳ABS制成，并且其尺寸大约为1. 09 X 0. 36 X 0. 36英寸。金属半球的厚度可以大约为 0. 04英寸。 在其他实施方式中，图5J和5K示出了大型球和杆单元，其包括两个铁磁球部分， 这两个铁磁球部分永久性地附连到在这里也称为长三节杆的、具有三个子部分的长杆部 分。长三节杆的远端具有磁体。中间的球部分可以由围绕长杆部分的球形截面(未示出)粘 接在一起的金属半球制成。该半球可以具有半圆形缺口，从而当两个半球粘接到一起时，形 成长杆部分设置在其中的相对的圆形开口。该组件形成了长三节杆具有三个独立杆(即， 三个子部分)的外观，而实际上其仅具有一个具有变化宽度的长杆部分。长杆部分可以由 壁厚为0. 05英寸的ABS 二次成型制成，并且可以大约为4. 326X0. 55X0. 55英寸。
或者，可以以类似于参考图4D-4F的大型杆452所描述的方式来构建铁磁半球，其 中，半球之间的接缝定向在垂直于杆594的纵轴线的平面中，并且在它们之间产生了完全 的周向密封。 在本发明的其他方面中，图5L示出了每个具有三个杆和两个中间金属球的、设置 在有轨电车(tram)之上的长三节杆，其中有轨电车中的座间隔开以便与长三节杆的间隔 开的球相协作。这些座可以是例如杯形。 —体形成的、具有其他构造的永久性地附连的杆和球的大型杆也是可能的，并且 在本发明的精神和范围内。所有这种积木的重要特征在于杆和球部分的空间关系是固定 的。自然，组件可以在杆部分之外还包括面板部分，或者例如图14A-14G中所示包括代替杆部分的面板部分。 图7A和7B示出了本发明的另一个实施方式，提供了"H"形的单元，当该单元与铁 磁球磁联接时，提供了大致在x-y平面中延伸的面板单元。该H-形单元可以用作多面体积 木(例如立方体、棱柱或锥体)的稳定基础。如图7A和7B所示，示例性H-形单元700具 有由中心支柱704结合的两个磁性杆702，其中杆702和支柱704基本上共面，并且设置在 杆702端部处的磁体706的北极到南极的轴线与支柱的纵轴线大体垂直。H-形单元700可 以附接到四个铁磁球，以提供其上建造其他单元的稳定基础，例如，建造具有正方形基部的 锥体。图7C示出了可替换的实施方式，其中，面板708用于代替中心支柱704。
图8示出了 H-形单元的可替换实施方式。如图所示，示例性H-形单元800包括 杆802、中心支柱804和磁体806，其中所有磁体是例如通过将磁体放置在模具中并且在它 们周围进行夹物模压而一体模制的。或者，杆802和中心支柱804可以一体模制成具有形 成在杆802中的磁体凹部，并且在后模制过程中，磁体806可以粘接在凹部中的适当位置， 也许是通过紧固在磁体上面的盖来实现。如图8所示，夹物模制的或粘接的盖子可以是凹 入的，并且可以包括露出磁体的面的开口 807，以便允许磁体与铁磁球之间的确定的可靠接 触。这种接触使得磁路和电路能够完整。杆802和支柱804还可以包括减少单元800中所 使用材料的量的开口 810，以减少零件的重量和成本，同时还可以提供下面将更加详细讨论 的额外的机械接头。 图9A和9B示出了本发明的另一个实施方式，提供"X"形单元900，当该单元与铁 磁球磁联接时，大致提供了基本在x-y平面中延伸的面板单元。如图所示，该X-形单元包 括交叉的杆902a和902b，其中，磁体908设置在杆的端部。通过磁联接到磁体908的四个 铁磁球，该X-形单元可以提供在其上建造其他单元的稳定基础，例如，建造具有正方形基 部的锥体。 图10-18示出了本发明的额外的实施方式，提供了对磁性积木的稳定性和/或设 计灵活性具有进一步贡献的单元。 图10示出了链单元，其包括一端具有磁体、另一端具有铁磁球或部分球(例如，半 球体)的柔性链。 图11A示出了弹簧杆单元，其包括一端具有磁体、另一端具有铁磁球或部分球(例 如，半球体)的弹簧部分。磁体、弹簧部分和球部分可以由导电材料制成，并且可以进行电 连接以便通过弹簧杆单元传导电流。或者，弹簧杆单元可以在两端具有球部分，或者在两端 具有磁体。在任意一种情况下，可以将弹簧杆单元的部件进行电连接，以便在弹簧杆单元的 整个长度上传导电流。 图11A的弹簧杆单元能够便于单元端部之间的非线性连接。换言之，弹簧杆单元 可以以非线性构造弯曲，以附接到两个点。还可以将弹簧杆单元构造为伸展或压縮，以便容 纳以不同距离间隔开的附接点。 图11B示出了根据本发明另一个实施方式的具有内部弹簧1102的杆单元1100。 如图所示，杆单元1100包括外套llll，该外套1111具有中心弹簧保持部分和位于两端、其 中设置有磁体1108的磁体保持端部。内部弹簧1102可以由导电材料制成，并且可以在杆 单元1100内被压縮，以便与磁体保持接触并且提供贯穿杆单元1100的电路径。
在另外的实施方式中，图IIA和IIB所示杆的弹簧可以是导磁的。
图12示出了正方形链接单元1200，其构造为附接到与铁磁球磁联接的两个磁性 杆的端部。在这个例子中，第一杆接收部分1202夹在第一杆周围，第二杆接收部分1204夹 在第二杆周围，其中，铁磁球大体设置在区域1206中。除了图12所示的C-夹部分1202和 1204外，也可以使用其他附接到杆的装置，例如磁性接头。正方形链接单元1200以牢固、温 度的对准方式(例如，其中杆成直角)保持杆和球，以增加大型积木的稳定性。可以将两个 正方形链接单元1200与设置成正方形构造的四个杆及四个球一起使用，以便提供大体在 x-y平面中延伸的稳定面板。作为可替换的实施方式，图15示出了类似于正方形单元1200 的另一个正方形链接单元1500，但是该正方形链接单元1500适于同时连接到正方形构造 中的四个杆，其中单元1500的中心部分1502沿对角横跨该正方形并且为面板组件提供了 进一步的稳定性。 图13示出了三角形杆1300，其包括以三角形结构结合的三个杆，其中磁体设置在 它们的端部处。磁体相对于彼此的空间关系是固定的。在所示的实施方式中，磁体的偶极 轴线并不共面，而是相交在一个点。 图14A示出了一体式(或者整体式)球和面板单元1400，其包括大体为正方形的 中心体部1402，其中，一体形成的球(球部分)1404位于体部的角落处。该一体式球和面板 单元1400可以由铁磁材料(例如锡)制成。该一体式球和面板单元1400大体在x-y平面 中延伸，并且还可以包括一体形成在中心体部中的球或部分球1406，以便在z-方向上的单 元的离开建造。球1404和1406的半径例如可以是0. 294英寸。 在可替换实施方式中，图14B-14D示出了一体式球和面板单元1410，其包括大体 为圆形的中心体部1412，其中，一体形成的球部分1414设置在圆形体部1412的边缘上并 且绕圆形体部1412的边缘等距间隔开。在一个实施方式中，中心体部1412的半径大约为 球部分1414半径的三倍(例如，中心体部半径为0. 925英寸，而球部分的半径为0. 294英 寸)。该一体式球和面板单元1410还可以包括一体形成在中心体部中的球或部分球1416， 以便在离开中心体部的面的方向上建造单元。 如图14C和14D所示，单元1410还可以具有形成在球部分1414和中心体部1412 中的平坦边缘，这可以改善与其他单元的配合并且使单元之间的间隙最小化。平坦边缘的 宽度可以为例如大约0. 200英寸。 图14D示出了一体式球和面板单元1410的示例性积木，在这种情况下由两个结合 在一起的半部分1410a和1410b形成，从而得到中空单元。半部分1410a和1410b可以例 如通过机械固定装置(例如，卡合过盈配合)、粘结剂或焊接结合。 在另一个可替换实施方式中，图14E-14G示出了一体式球和面板单元1420，其包 括大体为三角形的中心体部1422，其中，一体形成的球部分1424设置在三角形体部1422 的角落处。在一个实现中，中心体部1422的三角形形状为其度高近似为1. 412英寸的等边 三角形，球部分1424的中心之间的距离为大约1. 631英寸，并且球部分1414的半径为大约 0. 294英寸。该一体式球和面板单元1420还可以包括一体形成在中心体部中的球或部分球 1426，以便在离开中心体部的面的方向上的单元的离开建造。 如图14F和14G所示，单元1420还可以具有形成在球部分1424和中心体部1422 中的平坦边缘，这可以改善与其他单元的装配并且使单元之间的间隙最小化。平坦边缘的 宽度可以为例如大约0. 200英寸。
图14G示出了一体式球和面板单元1420的示例性积木，在这个例子中由两个结合 在一起的半部分1420a和1420b形成，产生了中空的单元。半部分1420a和1420b可以例 如通过机械固定装置(例如，卡合过盈配合)、粘结剂或焊接结合。当然，图14A的正方形单 元1400可以具有这种相同的两部分的中空积木。在这些两部分的积木中，每个单元1400、 1410和1420可以由带有涂覆镍的表面涂层的两个浮凸锡面板制成。 图16示出了圆形连接器单元，其具有定位成彼此间隔90度的三个凹入式磁体和 定位在第四个90度间隔处的狭槽开口 。两个这种圆形连接器单元可以通过将每个这种圆 形连接器单元滑入到另一个的狭槽开口中而结合在一起，这形成了具有六个朝向外面的磁 体的三维结构。将这六个磁体布置成使得沿x-、 y-和z-轴线的成对磁体具有共线的偶极 轴线。磁体相对于彼此的空间位置是固定的，并且在所示的实施方式中，磁体的偶极轴线是 共面的。 图17示出了具有偏角的弯曲面板单元，其中，在偏角中设置有面朝外的磁体。该 单元弯曲成使得在与铁磁球和其他弯曲及非弯曲单元结合时能够形成弯曲的三维结构。磁 体相对于彼此的空间位置是固定的，并且在所示的实施方式中，磁体的偶极轴线是不共面 的。 图18示出了中空的铁磁球，在这个情况中，由两个中空的半球体形成。这两个半 球体可以例如通过机械固定装置(例如，卡合过盈配合)、粘结剂或焊接结合。
图19A-22示出了本发明的其他方面，其中，积木单元的一部分(例如，单元的中心 部分)具有用于在离开该单元的磁体与其他积木单元连接所在平面的方向上(例如在大体 垂直于该平面的方向上)附接额外零件的装置。例如，图19A示出了图2A的三角形面板单 元202的中心体部204，其包括凹接头1950。类似地，图19B示出了图8的示例性H-形单 元800的中心支柱804，其包括凹接头1952。此外，图3E-3I的面板单元252和图3E-3I的 面板单元352分别具有凹部或开口 264和364，其可以用作凹接头。 这些凹接头可以接受其他积木单元的凸接头，例如图19C的三角形单元1912的凸 接头1910、图21所示的杆1922的凸接头1920，和图22所示的大型杆单元1932的凸接头 1930。图20A示出了经由凸-凹联接附接到三角形面板单元202的三角形单元1912。图 21示出了经由凸-凹联接附接到三角形面板单元202的杆1922(具有附接的正方形单元 1923)。图22示出了经由凸-凹联接附接到三角形面板单元202的大型杆单元1932。
凸-凹联接还可以提供用于增强三维积木的装置。例如，由图3E-3I的六个正方 形面板单元352(和八个铁磁球)制成的立方体将具有在立方体的相对侧上彼此相对对准 的中心部分354。可以将合适大小的杆插入或穿过这些相对的中心部分354中的一对，以增 强立方体积木。 图19A和19B所示的凹接头可以包括其直径稍大于其接受的凸接头的直径的圆套
筒，从而提供无需磁接头的紧密的过盈配合。机械的凹接头和凸接头可以例如包括协作的
突起和凹部，以便提供卡合配合。从而，通过将这些零件压配在一起，本发明能够使用户在
新的方向上建造离开的单元，从而提供了附接特殊零件(例如旗帜)的能力。 在另外的实施方式中，如图2E-2G和图3E-3H所示，凹接头可以包括肋270，该肋
270伸入到开口或凹部中以便促进与凸接头的过盈配合。在这个例子中，肋270为围绕圆形
开口等距离间隔(例如，以90度间隔)的、沿开口的侧部纵向穿过的四个肋。
在图2E-2I和3E-3I中，虽然一些凹部或开口 264为非圆形的，但是凹部或开口 264可以是圆形的(如中心开口 264那样)或者是联接到协作的凸接头所必需的任何其他 形状。例如，参见图3E，可以将由中心部分354、臂355a、周边构件355b和磁体壳体356限 定的开口 264可以成形为圆形，并且可以使其大小为接收对应大小的杆。作为另一个例子， 可以将在磁体壳体356中限定的凹部264成形为圆形，并且将其大小设计为用以接收对应 形状及大小的杆。从而，尽管图中所示的凹部和开口的具体形状和大小具有众多益处，但是 本发明的这一特征应该广泛地理解为能够应用于与具有互补大小及形状的凸接头协作所 必需的任意开口或凹部。 在另外的实施方式中，这种互补的凸接头设置在构造为覆盖面板单元252和352 的面的封闭面板上。例如，图20B-20E示出了适于连接到面板单元252的封闭面板2002。 封闭面板2002的凸接头2004装配在面板单元252的中心部分254内。凸接头2004可以包 括切除部2006，切除部2006允许凸接头在进入中心部分254的开口时稍微弯曲，以便提供 抵靠中心部分254的内壁(在这个例子中抵靠肋270)的紧密的过盈配合。凸接头2004和 面板单元252还可以具有棘爪、凸起、凸缘或能够使凸接头卡合到位的其他互补结构特征。
图20F-20I示出了另一个封闭面板2012，这一个将其大小和形状形成为用于连接 到面板单元352。封闭面板2012的凸接头2014装配在面板单元352的中心部分354内。 凸接头2014可以包括切除部2016，该切除部2016允许凸接头在进入中心部分254的开口 时稍微弯曲，以便提供抵靠中心部分354的内壁(在这个情况中抵靠肋270)的紧密的过盈 配合。凸接头2014和面板单元352还可以具有棘爪、凸起、凸缘、或能够使凸接头卡合到位 的其他互补结构特征。 图20J-20N示出了根据本发明实施方式的示例性六边形封闭面板2022。如图所 示，六边形封闭面板2022可以具有六个在其底面上的插脚，该插脚能够装配到六个三角形 单元组件(图20K和20M)中。面板2022可以由0.06英寸的带壳ABS塑料制成，并且可以 近似为2. 35X2. 25X0. 35英寸。 三角形面板单元1912和封闭面板2002、2012及2022可以通过封闭结构以及模拟 例如实心壁和屋顶来改进磁性积木的外观。这些单元还可以提供额外的表面，以使积木延 伸离开。例如，如果单元由例如锡的铁磁材料制成，则铁磁杆或其他磁性单元可以联接到单 元的面。作为另一个例子，封闭单元的外面可以包括额外的积木单元可以附接到其上的立 柱或突起。 在本发明的实施方式中，例如单元252和352的面板单元可以是凸起的，从而附接 到面板单元的封闭面板设置在凸起轮廓的空腔中。以这种方式，封闭面板的外面实质上可 以与面板单元的外周边齐平，以提供例如具有封闭的平坦壁的外观。 本发明另外的实施方式提供了 一种电磁积木套件，其包括在与其他积木单元磁联
接之外还导电的磁性积木单元。该导电的磁性单元可以包括提高玩具积木的功能性和美学
吸引力的一体式电子部件。例如，导电磁性单元可以包括光、声或音频模块，或者例如马达、
螺桨或齿轮的运动零件。在导电时，导电磁性单元可以形成由例如电池的电源来启动的电
路的一部分。来自电源的电启动在电路的导电磁性单元内的电子部件。 —个示例性电磁积木套件包括供电基板、导电单元和导电电子单元。供电基板包
括电源和多个可以在其上建造积木组件的导电极。导电极包括正极和负极。当组件正确连接到基板的正负极时，电流流过组件并且给各种导电电子单元中的电子部件供电。
图23和24示出了根据本发明实施方式的供电基板2302。如图所示，供电基板 2302包括供电建造平台2304和存储容器2306。供电建造平台2304包括一侧上的内壁 2308和其相对侧上的导电铁磁表面2310。内壁2308可以由塑料(例如，ABS)制成并且包 括电池隔间2309。导电铁磁表面2310可以包括正极和负极，磁性积木组件可以磁联接到 正极和负极并可以由其供电。导电铁磁表面2310可以是，例如具有电隔离的导电金属球部 分2312和不导电金属球部分2314的浮凸锡板。在这个例子中，两个导电金属球部分2312 为负极，两个为正极，其余五个金属球部分为不导电。导电铁磁表面2310还可以具有标记 2315 (例如，围绕球部分的带颜色的线)，以便指示哪些球部分是导电的并且哪些导电球部 分是正(由"+ "表示)或负(由"-"表示)。 供电建造平台2304可以用作存储容器2306的盖。存储容器2306可以包括分隔 开的隔间，用于将积木单元以类似单元的分搁组的方式保持。例如，中心隔间2316可以保 持铁磁球，外隔间2318可以保持铁磁杆。 图25示出了根据本发明另一个实施方式的供电基板2502的分解图。与图23和24 的供电基板2302相比，供电基板2502提供了用以在其上建造电磁组件的更多的球部分和 更大的建造表面区域。如图所示，供电基板2502包括供电建造平台2504和存储容器2506。 供电建造平台2504包括一侧上的内壁2508和在其相对侧上的导电铁磁建造表面2510。在 这个例子中，建造表面2510包括壳体2507(例如，由ABS塑料制成)，壳体2507具有开口， 铁磁球部分和导电铁磁球部分能够突起穿过该开口。可以将球部分形成为分开的金属半球 或可以一起形成为单个件，例如，浮凸的锡面板，如果导电极(在下面描述)彼此电隔离。内 壁2508可以由塑料(例如，ABS)制成并且包括带有电池门2511的电池隔间2509。
导电铁磁建造表面2510可以包括正极和负极，磁性积木组件可以磁联接到极正 和负极并可以由其供电。导电铁磁建造表面2510可以是例如具有开口的浮凸锡板，导电金 属球部分2512和不导电金属球部分2514突起穿过该开口 。导电铁磁建造表面2510还可 以具有标记2515(例如，围绕球部分的带颜色的线)，以便指示哪些球部分是导电的并且哪 些导电球部分是正(由"+ "表示)或负(由"-"表示)。 供电建造平台2504可以用作存储容器2506的盖。存储容器2506可以包括分隔 开的隔间，用于将积木单元以类似单元的分搁组的方式保持。例如，中心隔间2516可以保 持铁磁球，外隔间2518可以保持磁性杆。存储容器2506可以由半透明ABS制成。
图26示出了根据本发明实施方式的导电铁磁建造表面2510的平面图。在这个例 子中，表面2510包括六个正极导电铁磁球部分2512a和六个负极导电铁磁球部分2512b， 所有铁磁球部分都连接到例如电池的电源(未示出)。其余的球部分为不导电金属球部 分2514，它们并未连接到电源，但是可以磁联接到磁性零件。在一个实施方式中，球部分 2512a、2512b和2514具有缎面铬表面。 图27示出了根据本发明实施方式的供电基板2502的横截面。如图所示，存储容器 2506嵌套在供电建造平台2504内，其中，平台2504用作隔间2516和2518上的盖。图27 的横截面还示出了如何将金属半球紧固到壳体2507的例子，在这个例子中使用凸缘2702 来粘结到壳体2507内，其中，球突出穿过壳体2507中的开口 。此外，在一个实施方式中，电 池隔间2509容纳四个AA电池2802，如图27和28所示。内壁2508可以包括将内壁2508附连到壳体2507的螺钉孔2804，如图28所示。 图29示出了根据本发明实施方式的供电基板2502的示例性操作。在一个实现中， 当存储容器2506附接到供电建造平台2504时，电路电源是关闭的并且没有电被传导到导 电铁磁球部分。正如箭头2902所示，当供电建造平台2504从存储容器2506分开时，电路 电源打开，使得可以给导电铁磁球部分的正极和负极供电。 如上所述，供电基板，分别例如图23和25的板2302和板2502，可以给由导电单 元和导电电子单元构成的积木组件(当这些单元正确地连接到供电基板的极时)供电。图 30示出了结合在一起以导电并且形成附接到供电基板并且由该供电基板供电的积木组件 的一部分的示例性导电单元和导电电子单元。在这个例子中，电流流过导电磁性杆3002、导 电铁磁球3004和导电电子磁性杆3009。杆3002和3004包括磁体3006，该磁体3006将杆 磁联接到球3004并且确保单元之间(如圆圈3008所表示的)的接触，以便提供连续的电 路。将杆的与球3004相对的端部附接到供电基板的正极和负极(或者直接地，或者通过其 他导电单元)，提供了启动所连接的电子部件的供电连续电路。 图31A-31C示出了根据本发明实施方式的导电磁性杆3002的构造。如图所示，导 电磁性杆3002包括壳体3012、导体3014、磁体3006和磁体帽3016。导体3014设置在壳 体3012的中间部分中，并且例如通过将导体夹物模压在壳体3012的实心中间部分3020内 (如图30所示)，或者通过将导体定位在形成于壳体3012内部上的翼片3022之间(如图 31A和31B所示)而将导体3014保持在适当位置。导体3014接触设置在壳体3012端部附 近的磁体3006，从而提供贯穿杆3002的连续的电路径。磁体帽3016将磁体3006保持在 杆3002内，并且帮助确保磁体3006与导体3014之间的接触。例如磁体帽3016可以粘接 到壳体3012。除了传导电流外，导体3014还可以是导磁的，或者可以是不导磁的。例如导 体3014可以由铜或铝制成，其是导电的但是不能导磁。 图32A-32C示出了根据本发明实施方式的具有电子部件的导电电子磁性杆3009 的结构。如图所示，导电磁性杆3009包括壳体3212、印刷电路板(PCB) 3213、磁体3006和磁 体帽3216。 PCB 3213设置在壳体3212的中间部分中，并且例如通过将其粘接到壳体3212 或将其安装在壳体3212内部的支撑部上而被保持在适当位置。PCB 3213电联接到设置在 壳体3212端部附近的磁体3006，从而提供贯穿杆3009的连续的电路径。PCB 3213和磁体 3006可以，例如通过将它们焊接在一起或通过将导电压縮弹簧插在部件之间而被电联接。 磁体帽3216将磁体3006保持在杆3009内，并且可以帮助确保磁体3006与PCB 3213之间 的接触。例如，磁体帽3216可以粘接到壳体3212。除了传导电流外，PCB 3213还可以是导 磁的，或者可以是不导磁的。 PCB 3213可以包括在杆3009被供电时启动的电子部件。例如，如图32B所示，PCB 3213可以具有被供电时持续发光的发光二极管(LED)3230。或者，PCB 3213可以包括其他 类型的光、声或音频模块或者例如马达、螺旋桨或齿轮的运动零件。 图33A-33C示出了根据本发明另一个实施方式的具有电子控制部件的导电电子 磁性杆3309。如图所示，杆3309包括壳体3312，PCB 3313和磁体3006设置在壳体3312中 并且在点3315处电联接。磁体帽3316将磁体3006保持在杆3309内。杆3309包括PCB 3313，该PCB 3313具有能够控制电流流动并且从而控制其他导电电子单元以产生有趣的 特殊效果的电子部件。正如图33B中阴影变化的磁体帽3316所表示的，杆3309可以具有指示(例如，通过颜色或标记)特殊效果是什么的磁体帽3316。这种特殊效果可以包括，例 如灯闪烁、灯发光或者随机光图案。这样，杆3309可以插入到包括另一个导电电子杆(例 如图32A的杆3009)的导电积木组件中。然后，杆3309的控制PCB 3313将启动杆3009的 LED 3230，以便产生特殊效果，例如，使LED 3230闪烁。如果然后将杆3309从组件上拆除 从而电路被持续供电，则杆3009的LED 3230将停止闪烁并且代之以持续发光。可选地，杆 3009本身可以包括LED 3230的期望控制，例如，提供闪烁而不是持续照明的LED。
可以将导电电子磁性杆的壳体构造为容纳杆的电子部件所产生的特殊效果。例 如，在电子发光部件的情况下，壳体优选是半透明或透明的。作为另一个例子，在音频电子 部件的情况下，壳体优选具有声音能够穿过其发出的开口 。 图34A-34B示出了根据本发明另一个实施方式的导电电子磁性面板单元3400。如 图所示，面板单元3400包括三个磁体3402，其中，两个提供正极，一个提供负极。磁体3402 的三个极通过导线3403连接在一起以导电。磁体3402的三个极还与设置在单元3400中心 的LED 3404电连通。LED 3404可以是例如闪烁LED。在可替换实施方式中，面板单元3400 可以只包括导线(没有LED)，并且可以仅将电流传导到其他部件。 已经描述了导电磁性积木组件的示例性部件，图35A-35D示出了组装这种部件的 示例性方法。如图35A所示，在步骤1中，提供了供电基板2502，其包括供电建造平台2504 和存储容器2506。将平台2504从存储容器2506上拆除，以便能够接近所存储的导电磁性 积木单元。在这个例子中，所存储的部件包括金属球3552、导电磁性杆3554(也称为连接 杆)、具有电子发光部件3556的导电磁性杆(也称为发光杆)和具有电子控制部件3558的 导电磁性杆(也称为效果杆)。 如图35B所示，在步骤2中，启动供电建造平台2504，使其电源打开。例如，可以通 过电池(例如，四个AA电池)或通过AC电源来供电。供电建造平台2504可以使用手动开 关(未示出)来开启，或者在存储容器2506从平台2504分开时自动开启。开启时，供电建 造平台2504给正金属球连接器3560和负金属球连接器3561供电，如图所示。
如图35C所示，在步骤3中，导电磁性积木单元磁联接到供电建造平台2504。最初 的单元直接联接到平台2504，使得随后的单元堆叠在该最初单元之上并且磁联接及电联接 到该最初单元。这些单元可以包括金属球3552、连接杆3554、发光杆3556和效果杆3558。
如图35D所示，在步骤4中，将导电磁性积木组成成使得在供电建造平台2504与 导电磁性积木单元之间建立闭合电路。在该该电路闭合时，电流从平台2504的电源(例如， 电池)流过金属球连接器3560和3561 、并且流过导电磁性积木单元。在这个例子中，供电 建造平台2504的正极金属球3560联接到连接杆3554，连接杆3554联接到金属球3552a， 金属球3552a联接到发光杆3556，发光杆3556联接到第二金属球3552b，第二金属球3552b 联接到效果杆3558，并且效果杆3558联接到供电建造平台2504的负极金属球3561。当电 路完成时，发光杆3556被供电从而照明。根据效果杆3558的类型，发光杆3556可以例如 闪烁、发光或者以随机图案照明(例如，带有多个多色LED)。加入更多的发光杆可以改变发 光图案。 图35E示出了根据本发明实施方式的另一种导电磁性积木。在这个例子中，通过 金属球3572和导电磁性杆3574将导电电子磁性面板单元3570 (类似于图34A-34B所示的 单元3400)磁联接到供电建造平台2504。当电路完成时，单元3570的LED照明。
如上所示，本发明的实施方式提供了能够用于建造多种导电积木组件的导电磁性 部件和导电电子磁性部件。本领域技术人员将了解，可以将积木组装成任意数量的不同电 路构造，以产生不同的特殊效果。熟练的技术人员还将了解，为了实现期望的磁路和电路， 需要将正极和负极(就电流和磁性两者而言)正确地对准。正确排序的极能使电流流动， 同时实现最大的磁力和结构刚性。此外，在建造组件并且体验不同的构造时，用户可以根据 电子部件的反馈来学习电和磁原理。换言之，当积木组件被正确联接时，积木由于磁联接是 坚固的，并且积木是导电的，如启动的电子部件(例如，照明的LED)所指示的。这样，本发 明的部件和积木套件具有在积木玩具、游戏、迷宫和教育装置方面的广阔的应用性。
本发明的另外的实施方式提供了在其上建造磁性积木组件的可替换平台。例如， 图36A-36C示出了旅行箱3602，该旅行箱3602展开以提供宽阔的建造平台。该箱的每个侧 面板3604以可枢转的方式安装到框架构件3606。侧面板彼此枢转离开，并且大体位于在框 架下的单个平面中，如图36C所示。侧面板的内部提供可以在其上放置磁性积木单元的建 造表面。框架构件3606还包括建造表面(例如，金属球)，从而磁性积木组件能够横跨侧面 板的整个区域并且在框架下，如图36C所示。 图37A示出了根据本发明实施方式的示例性轮单元3700。如图所示，轮单元3700 大体为圆形形状，并且在其中心具有轴突。可以将轴突的形状及大小设计成装配在磁性面 板单元内，例如装配在骨架状正方形面板单元352(图3E)的开口 364内。轴突可以例如具 有远端，该远端压縮以滑动穿过开口并张开以卡合到位。 图37B示出了根据本发明实施方式的磁性积木单元和轮单元(例如单元3700)的 组件。如图所示，该组件类似于车辆的底盘和轮。 图38A-38E为示出根据本发明另一个实施方式的双轴积木单元3800的示意图。双 轴积木单元3800能够允许积木组件的部件之间的相对转动运动。可以将双轴单元3800的 大小和形状设计为提供穿过正方形面板单元中的开口的软装配，如图38B和38D所示。这 种装配能使所附接的面板单元绕双轴单元自由旋转。这样，例如如图38B和38D所示的立 方体组件的三维组件能够相对于双轴单元转动。双轴单元可以具有设置在其远端的磁体， 可以由0. 06英寸的二次成型的ABS制成，并且其可以近似为3. 88X0. 364X0. 364英寸。
图39A-39D示出了根据本发明另一个实施方式的正方形面板铰链单元3900。如图 39A的分解图所示，正方形面板铰链单元3900包括通过金属销3902连接的两个正方形面 板部分3901。金属销3902设置在两个正方形面板部分3901的突出铰链部分3904的轴向 对准孔中。每个帽3903附接在突出铰链部分3904的端部上，以便保持金属销3902。如图 39C所示，相对的铰链部分3901可以具有增加突起3906，以当面板部件3901相对于彼此转 动时每个角度增加都为用户提供反馈。增加突起3906还可以有助于将正方形面板铰链单 元3900保持在期望的位置中。正方形面板铰链单元3900可以由0. 06英寸的带壳ABS塑 料制成，并且每个面板部分3901可以近似为1. 84X0. 97X0. 6英寸。除了所示的正方形之 外，其他形状的铰链也是可能的。 图40A-40D为示出根据本发明实施方式的积木支撑件4000的示意图。将支撑件 4000构造为用以装配例如立方体组件4010 (例如，由正方形磁性面板单元和铁磁球构成)， 并且用以允许立方体组件4010自由旋转，如图40B所表示的。为了能够进行这种旋转，积 木支撑件4000可以在其中心具有半球轮廓4001，例如，如图40C所示。积木支撑件4000可以由0. 06英寸的带壳ABS塑料制成，并且其可以近似为3. 85X3. 85 X 1. 39英寸。
图41A-41E为示出根据本发明实施方式的轮组件4100的示意图。如图所示，轮 组件4100包括轮4101 (图41A和41D)和轴4102 (图41E)。轴4102例如通过压縮卡入 到轮轴开口 4103中以装配穿过开口 ，然后在开口 4103的另一侧展开。轮4101绕轴4102 转动。当组装在一起时，轴4102从轮4101伸出。如图41C最佳所示，轴4102可以具有凸 肋4104，该凸肋4104防止轮4101滑到轴4102的在图41C中肋4104右侧的部分上。如图 41C所示，可以将轴4102的大小和形状设计为贴合地装配到面板单元开口内，例如骨架状 正方形面板单元352 (图3E)的开口 364内。这样，轴4102和面板单元不会相对于彼此移 动，并且轮4101绕固定轴4102旋转。轮4101可以由0. 06英寸的ABS塑料制成，并且可 以近似为3. 25X3. 25X0. 91英寸。轴可以由0. 05的带壳ABS塑料制成，并且可以近似为 1. 0X0. 42X0. 42英寸。 图42A-42D为示出根据本发明另一个实施方式的可替换轮和轴组件的示意图。如 图42A-B所示，轮4200包括外接触表面4201和内支撑圆4202。可以将内支撑圆4202构 造为用以支撑立方体(例如，如图40B所示)，该立方体可以在内支撑圆4202中旋转。轮 4200可以进一步包括用于插入轴(例如图42C-42D所示的轴4250)的孔4203。
轴4250可以包括用于插入到孔4203中的附接部分4204、用于将轴定位在孔4203 中的抵接部分4205、构造为用以相对于附接部分4204自由旋转的旋转部分4207和构造为 用以附接到积木系统的其他单元的下端部分4208。螺钉4206可以用于组装轴4250，以及 允许旋转部分4207自由旋转。 图43A-43C为示出根据本发明实施方式的旋转器单元4300的示意图。旋转器单元 4300可以用于结合两个积木单元或组件，并且使得连接的单元或组件之间能够相对转动运 动。如图43B和43C所示，旋转器单元4300包括旋转器顶部4301和由诸如三角头机械螺 钉的紧固件4303附接的旋转器基部4302。紧固件4303插入到图43B的横截面图中所示的 通道4304中。旋转器顶部4301和基部4302可以在相对彼此不会变松的状况下转动。优 选地，紧固件4303不会在部件之间产生太大的摩擦，从而顶部4301和基部4302可以自由 旋转。可以将旋转器顶部4301和基部4302的突起4305的大小和形状设计为用以贴合地 装配到其他积木单元的开口内，例如单元352 (图3E)的开口 364内。旋转器顶部4301和 基部4302每个可以由带有0. 03英寸带壳ABS套的0. 06英寸厚的ABS塑料制成，并且可以 近似为1. 25X 1. 25X0. 53英寸。 图44A-44E为示出根据本发明实施方式的x_四边形杆单元4400的示意图。如图 44A和44E所示，x-四边形杆单元4400具有过压成型在单元的转角中的四个磁体，其中，磁 体的面朝向转角。x-四边形杆单元4400具有非平面的构造，从而磁体面向离开单元4400 中心的大体平面的方向(例如，在图44A和44E中向下)。这种非平面构造使得x-四边形 杆单元4400能够磁联接到似乎闭合的积木(图44D)，或者磁联接到在平面表面上具有突 出的半球的有轨电车(图44C)。如图44B所示，x-四边形杆单元4400可以具有与其他面 板单元的相应中心开口匹配的中心开口 4401，该其他面板单元例如图3E的正方形面板单 元352(同样示出在图44B中)。x-四边形杆单元4400可以由二次成型的ABS制成，并且 可以近似为1. 53X0. 97X0. 3英寸。 图45A-45C为示出根据本发明实施方式的连接器单元4500的示意图。如图45A和45C所示，连接器单元4500包括两个杆部分4501和在杆部分4501之间的中心球部分 4502。杆部分4501每个具有从杆部分4501垂直伸出的插脚4503，并且具有设置在它们的 与中心球部分4502相对的端部处的磁体。这两个杆部分4501可以单独附接到中心球部分 4502。或者，这两个杆部分4501可以彼此是一体的，其中，金属半球粘接到一体地结合两个 杆部分4501 (这产生了具有三个单独的零件的外观，即，两个"T"形零件和一个球零件)的 中心球体部分上。可以将伸出的插脚4503的大小、形状和间隔距离设计为用以装配到两个 立方体组件(例如，由正方形磁性面板单元和铁磁球构成)中，如图45B所示。作为单个一 体件，带有插脚4503的双杆4500可以由0. 05英寸壁厚的ABS 二次成型制成，并且可以近 似为2. 71X1. 45X0. 36英寸。金属半圆顶可以为15mmX0. 5mmX0. 04英寸。
图46A-46D为示出根据本发明实施方式的小轮组件4600的示意图。如图46D的 分解图所示，小轮组件4600包括轴4601、轮基部4602和球体4603。轴4601卡合在轮基部 4602上，如图46C所示，例如，使用压縮并展开以卡口到位的端部装配件4604。轮基部4602 可以在轴4601上自由旋转。如图46B所示，可以通过将金属销压配合穿过轮基部4602和 球体4803中的对准开口中，将球体4803附接到轮基部4602。球体4803可以绕金属销旋 转。轴4601可以由0. 04英寸的带壳ABS制成，并且可以近似为0. 42X0. 42X0. 49英寸。 轮基部4602可以由0. 06英寸的带壳ABS制成，并且可以近似为0. 9 X 1. 06 X 0. 3英寸。球 体4603可以带有0. 04英寸厚度的壳。 图47A-47E为示出根据本发明实施方式的照明封闭面板4700的示意图。如图 47B-47D所示，可以将照明封闭面板4700的大小和形状设计为连接到正方形面板单元，例 如图3E的单元352，以为积木组件增加有趣的视觉效果。如图47A所示，照明封闭面板4700 包括附接到发光面板帽4702的透明或半透明发光面板4701。发光面板帽4702具有隔间， 该隔间收容LED灯4708以及电池4705、4706，该LED灯4708经由LED保持件4709设置在 发光面板4701附近，并且电池4705、4706与电池触点4707 —起给灯4708供电。发光面板 帽4702可以通过螺钉4704固定到发光面板4701的一部分上。按钮式开关4703从发光面 板帽4702突出，其启动和关断灯4708。如图47B所示，可以将照明封闭面板4700构造为 当其插入到面板单元中时，钮4703被压下并且灯4708被启动。当拆除照明封闭面板4700 时，钮4703被松开并且灯4708被关断。钮4708、发光面板4701和发光面板帽4702可以由 带壳的ABS塑料制成。 图48A-48C为示出根据本发明实施方式的小轮基部组件4800的示意图。小轮基 部组件4800可以包括一对轮4801、附接轴4802、轮轴4803和体部轴4804。使用时，小轮基 部4800可以附接到其他积木单元(例如图48B所示的立方体积木)中的孔，从而允许单元 滚动。 图49A-49B为示出根据本发明实施方式的半有轨电车轴4900的示意图。该半有 轨电车轴包括基部和接合部分4901，该基部用于插入到其他积木单元的孔中，该接合部分 4901构造为用以保持例如铁磁球体。可以将接合部分构造为卡合杯4901，由于该卡合杯 4901的性质和灵活性而允许球体被容易地插入和拆除。 图50A-50B为示出根据本发明实施方式的球体轴5000的示意图。球体轴5000可 以在一端设置有半有轨电车轴部分4900，并且在相对端设置有铁磁球体部分5002。半有轨 电车轴部分4900和球部分5002可以通过杆部分5003连接，该杆部分5003可以是刚性的或柔性的。在可替换实施方式中，球部分5002可以是可拆卸的，并且球体轴5000可以在其 一端或两端包括用于附接到铁磁球体的磁体保持件5001。 图51A-51B为示出根据本发明实施方式的可逆面板5100的示意图。面板5100具 有能够插入到这里所描述的积木单元的孔中的插脚5102。面板5100可以具有不同的表面 设计或图案，以便用作这里所描述的积木系统的装饰性单元。面板5100的第一表面5101 可以设置有例如瓷砖形图案，而第二表面5103可以设置有例如砖形图案。可以将插脚5102 构造为滑入和滑出面板，至少达到图51B所示的在任意侧上的伸出程度，从而面板5100的 任意侧可以定位在积木单元或组件的外侧上。 图52A-52B为示出根据本发明实施方式的弯曲建筑面板5200的示意图。弯曲建 筑面板5200可以插入到这里所描述的积木单元的孔中，从而给组件提供装饰特征，或者提 供圆形积木，如图52B所示。面板5200包括附接件5201，该附接件5201可以包括能够附接 到这里所述组件的积木中的铁磁球体的金属插入件。面板5200可以包括可以带有窗口切 除部弯曲部分5202，以便提供磁组件的圆形积木。弯曲面板5200可以通过附接件5201附 接到立方体单元的积木的边，从而提供圆形结构，该圆形结构可以围绕立方体或块组件一 直延伸，如图52B所示。 图53A-53B为示出根据本发明实施方式的具有金属插入件5303的立柱5300的示 意图。立柱5300可以附接到这里所述的积木组件，以便给组件产生装饰性的立柱外观。立 柱5300包括内表面5302和带图案的外表面5301，该外表面5301可以模制成形成建筑图 案。金属插入件5303可以永久性地附接到立柱5300的内表面5302，用于磁连接到这里所 述的积木单元，例如图53C所示的铁磁球体。 本发明优选实施方式的上述公开是为了说明和描述的目的给出的。其并不意于是 穷举的或将本发明限制在所公开的具体形式中。根据上述公开，对这里所述实施方式所进 行的许多变形和改进对于本领域技术人员来说是很明显的。本发明的范围只由权利要求和 它们的等同物限定。 此外，在描述本发明的代表性实施方式时，本说明书可能已经将本发明的方法和/ 或过程作为具体顺序的步骤提出。然而，在该方法或过程并不依赖于这里所提出的步骤的 具体顺序的程度上，该方法或过程不应该限制于所描述的步骤的具体顺序。正如本领域技 术人员将了解的，其他步骤顺序也是可能的。因此，说明书中所提出的步骤的具体顺序不应 该被解释为是对权利要求的限制。此外，不应该将指向本发明的方法和/或过程的权利要 求限制为按所写顺序的各步骤的性能，本领域技术人员能够容易理解该顺序可以改变，并 且仍然在本发明的精神和范围内。
权利要求
一种磁性积木组件，包括至少两个面板，所述面板中的每个面板具有至少两个磁体保持件，所述至少两个磁体保持件位于所述面板的周边周围用于将磁体嵌入和定位在其中；设置在所述磁体保持件中的每一个中的磁体，所述磁体中的每一个具有偶极轴线，将所述磁体布置在所述磁体保持件中，使得单个面板中所有的磁体的偶极轴线共面并且相交以限定多边形；和至少两个铁磁球体，所述至少两个铁磁球体磁连接到所述至少两个面板中的磁体，其中，所述两个铁磁球体连接两个相邻的面板，使得第一铁磁球体附接到设置在第一面板上的第一磁体和设置在第二面板上的第二磁体，并且第二铁磁球体附接到设置在所述第一面板上的第三磁体和设置在所述第二面板上的第四磁体，并且所述第一磁体和所述第四磁体的偶极轴线共线。
2. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述多边形包括等边三角形。
3. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述多边形包括规则多边形。
4. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，在面板中对于通过所述偶极轴线的相交 所限定的多边形的每个边仅设置一个磁体。
5. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述第一磁体和所述第二磁体的偶极轴 线垂直。
6. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述第一磁体和所述第四磁体的偶极轴 线限定枢转轴线，所述第一面板和所述第二面板构造为绕所述枢转轴线转动。
7. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述第一磁体和所述第二磁体的偶极轴 线以一定角度相交，该一定角度等于由在与所述第一磁体和所述第二磁体的轴线相交平面 平行的平面中延伸的面板的偶极轴线所限定的多边形的相邻边形成的角度。
8. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述第一铁磁球体的中心和所述第二铁 磁球体的中心与所述第一磁体和所述第四磁体的偶极轴线共线。
9. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述磁体保持件中每一个的长度小于所 限定多边形的边长的一半。
10. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述至少两个面板包括六个面板，每个 面板具有限定正方形的磁体偶极轴线，所述面板由八个铁磁球体连接以形成立方体，所述 立方体的每个边包括相邻面板的边的嵌套连接。
11. 如权利要求1所述的磁性积木组件，其中，所述至少两个面板包括四个面板，每个 面板具有限定三角形的磁体偶极轴线，所述面板由四个铁磁球体连接以形成三角形锥体， 所述三角形锥体的每个边包括相邻面板的边的嵌套连接。
12. —种磁性积木组件，包括至少两个面板，所述面板中的每个面板具有至少两个磁体保持件，所述至少两个磁体 保持件位于所述面板的周边周围用于将磁体嵌入和定位在其中；设置在所述磁体保持件中的每一个中的磁体，所述磁体中的每一个具有偶极轴线，所 述磁体布置在所述磁体保持件中，使得单个面板中所有的磁体的偶极轴线共面并且相交以 限定多边形；禾口至少两个铁磁球体，所述至少两个铁磁球体磁连接到所述至少两个面板中的磁体，其中，通过两个铁磁球体在两个相邻面板之间形成铰链，使得来自相邻面板中每一个 面板的一个磁体的偶极轴线共线。
13. 如权利要求12所述的磁性积木组件，其中，至少一个面板包括在其体部部分中的 孔，所述孔构造为用以接收杆状积木单元。
14. 一种磁性积木单元，包括由非磁性材料制成的纵向延伸杆， 至少一个设置在所述纵向延伸杆端部处的磁体保持件， 嵌入在所述磁体保持件中的磁体，设置在所述纵向延伸杆的中心部分处的铁磁材料，所述铁磁材料由彼此附接的两个大 体半球体部分形成，使得当所述两个大体半球体部分附接时所述纵向延伸杆的非磁性材料 的至少一部分设置在所述半球体部分内。
15. 如权利要求14所述的磁性积木单元，其中，所述两个大体半球体部分沿与所述纵 向延伸杆的纵向轴线共面的平面彼此附接。
16. 如权利要求15所述的磁性积木单元，其中，所述两个大体半球体部分沿部分周向 区域结合，并具有形成在所述大体半球体部分中的切除部以容纳所述纵向延伸杆。
17. 如权利要求14所述的磁性积木单元，其中，所述两个大体半球体部分沿垂直于所述纵向延伸杆的纵向轴线的平面彼此附接。
18. 如权利要求17所述的磁性积木单元，其中，所述两个大体半球体部分沿完整的周 向区域结合。
19. 如权利要求14所述的磁性积木单元，其中，所述两个大体半球体部分通过卡合配 合彼此附接。
20. 如权利要求14所述的磁性积木单元，进一步包括设置在所述纵向延伸杆的至少一 端上的永久性附接的铁磁球。
全文摘要
本发明提供了一种磁性和电子玩具积木系统和单元，其包括具有至少两个面板(102)的组件，这些面板具有至少两个磁体保持件，所述磁体保持件围绕面板的周边设置，用于将磁体嵌入并定位在其中。磁体(108)布置在每个磁体保持器中，使得在单个面板中的磁体的所有偶极轴线共面并且相交以限定多边形。当附接两个相邻面板时，使用至少两个铁磁球体(112)，使得来自每个相邻面板的一个磁体的偶极轴线共线。这样，以这种方式构造的若干面板可以嵌套在一起，从而形成各种积木。
文档编号A63H33/04GK101795741SQ200880106006
公开日2010年8月4日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者丹尼尔·特伦布莱, 安德烈安内·拉瓦, 帕斯卡尔·梅西耶 申请人:美高品牌国际公司卢森堡分公司