专利名称：具有电路路径和安全电路的三维结构的制作方法
技术领域：
提供了一种具有机械结构的三维机电系统，所述机电系统产生作为所述机械结构的一体部分的电路。所述机电系统具体涉及容易且快速连接到一起的机械结构。所述系统具有与电源连通的安全电路，这使所述系统特别适于儿童和/或学生在学习电子学、力学和/或建筑学时使用。
背景技术：
存在使用机械连接器以快速组装电路的玩具和教具。另外，存在使用机械连接器以快速组装机械结构的玩具和教具。这些机械结构中的一些增添了用于运动的电机或用于视觉效果的发光体。这些玩具通常用于逗乐儿童或教导一些机械或电子原理。目前销售的快速连接式电子组装系统通常包括安装以使电子模块快速相连的电子装置箱。电路图被包括以教育学生或娱乐孩童。这些电路中的大多数组装在相同或平行的平面中，并且电路路径不是三维机械结构(例如仅举几例的建筑物、摩天轮、或飞机)的一部分。先前的构造块专利的示例包括Shackelford的美国专利No. 6，443，796，该专利提供了包含虚拟智能的儿童构造套组并且是互动和智力的。这些特征可以在玩者使用该套组的构造活动期间以及随后在继续玩耍期间被展示给玩者；这向玩耍灌注了不可预测的感觉。所述套组结合有编程控制器(17)、扬声器(23)、特殊(“智力”)玩件或玩块(1、3、5、7等)、以及玩件或玩块设置于其上的基部(15)。被称为“热点”的传感器(A1-C3)分布在围绕基部的不同位置并且联接至控制器，由此控制器在相应的玩件安装在这些位置中的一个时识别特定的玩件和这些玩件的位置。特定玩件中的一些可以描绘角色，一些包括电操作装置，而一些包括玩者操作的输入装置。控制器通过扬声器发出语音讯息或其他声音效果以向角色玩件实施虚拟人格以及控制位于特定块中的电操作装置的操作，并且检测和响应于来自玩者输入块的玩者输入。通过无线通信装置，控制器可以从附件块获取语音讯息和向附属块提供语音讯息，其中附件块在构造套组的基部以外使用。
发明内容
大多数电路在平坦的表面或基部上生成以保持部件紧邻，部件的连接路径为短，并且将电路保持在相同或平行的平面中。当前的系统容许电路和机械结构的组件存在于多个平面中且处于彼此远离的位置。另外，本系统有助于消除可能难以检测的电路错误。更具体地，可以通过例如布置安全装置来防止电路错误，其中安全装置保护使用者且向使用者警告连接过程中的电子组装错误。所述系统还可以通过将这些机电结构的组装保持为快速、简单和教育性的而有助于消除在构造期间的短路电源。、
该系统的目的为使用能够形成三维机械结构的导电和不导电的快速连接部分或可堆叠部分。导电部件可以用于形成通过机械结构的电路径，而不导电部件可以用于使非期望区域绝缘且防止短路。所述系统可以具有另外的电源模块，所述电源模块使用声音、灯光和/或语音的任意组合而使电子组装中的错误明显。
附示如下图I图I图示了不导电构造梁100的立体图，其具有包括导电夹105、106的不导电阴连接器101、102，该导电夹105、106机械连接且电连接至电子部件107的引脚103、104。图2图2是将右侧壁从不导电构造梁200中移除的侧视图，示出了两个导电夹201、202·和位于导电夹201、202与电子部件207的引脚205、206之间的机械连接件203、204。图3图3图示了导电机械部分300-304，其中虚线指示沿着其可以存在电流路径的X-轴线305、y-轴线306、或z_轴线307。图4图4图示了具有与图3中所示相同的形状和尺寸的不导电机械部分401，其可以用于阻断导电部分400、402之间的电流。图5图5图示了电池供电式电压源模块500，其具有限流装置501、声音和语音电路508、和双色发光二极管(LED) 505以指示正确操作或过大电流。图6图6图示了与电池供电式电压源模块500相关联的电路，其包括视觉和声音报警电路508。图7图7图示了机电结构750，其采用梁演示具有电流路径710-719以及在机械结构中使用的导电部分721和不导电部分720的机械结构的概念。图8图8图示了机电结构800，其采用块或方块演示具有电流路径809、816以及在机械结构中使用的导电块或方块801-808、810-815和不导电块或方块825的机械结构的概念。
具体实施例方式提供了一种具有机械结构的三维机电系统，该机电系统产生作为机械结构的一体部分的电路。该机电系统具体涉及容易且快速连接到一起的机械结构。该系统具有与电源连通的安全电路，这使系统尤其适于儿童和/或学生在学习电子学、力学、和/或建筑学时使用。现在参照图I和图2，提供了不导电构造梁100 (或图2中的200)的立体图，该构造梁具有包括导电夹105、106 (或图2中的201、202)的不导电阴连接器101、102，该导电夹(或图2中的201、202)机械连接且电连接至电子部件107的引脚103、104。导电夹105、106可以为大致平坦的并且可以由导电金属制成。图2图示了将右侧壁从不导电构造梁200中移除的侧视图，示出了两个导电夹201,202和位于导电夹201、202与电子部件207的引脚205、206之间的机械连接件203、204。在一个实施例中，两个导电夹201和202可以相同但在定向上可以彼此镜像。机械连接件203、204可以插入穿过由两个导电夹201、202生成的开口狭缝。更具体地,每个导电夹201、202的开口狭缝可以通过导电夹201、202的端部朝向本身往回折叠使得导电夹201、202的端部可以足够近地接触导电夹201、202的大致中间部分而生成。开口狭缝可以具有窄的宽度，该宽度可以小于机械连接件203、204的宽度，使得机械连接件203、204可以与导电夹201、202电接触。另外，机械连接件203、204可以通过例如摩擦而固定到导电夹201、202的开口狭缝内。在该实施例中，机械连 接件203、204可以首先插入开口狭缝内并且随后可以向导电夹201、202施加压力，使得导电夹201、202的端部挤压和抓握机械连接件203、204。在一个实施例中，机械连接件203、204可以焊接到开口狭缝内。构造梁100(或图2中的200)可以具有至少两个开口渠道，其中每个引脚103、104(或图2中的等同物205、206)从电子部件107 (或图2中的207)穿过到达导电夹105、106(或图2中的201、202)。本系统具有电源模块500、824，当过大的电流从电池502-504、600流出以向系统的功耗部件供电时，该电源模块具有可以包括例如声音和/或语音电路508和/或视觉指不器505、605、701、823的报警。在电源模块壳体500、824上的表面可以是不导电的以防止部件短路。限流装置501、601可以通过降低经过限流装置501、601的电压而限制来自直流(DC)电池502-504、600的电流。添加双色发光二极管(LED) 505、604、605、701、823可以例如在电源接通时发出绿光604，并且例如在过大的电流从电池502-504中引出时发出红光605，或者可以在正电路径710、719、816与负电路径717、718、809之间存在短路时发光。扬声器507、602、708、821和电路板508、606可以提供声音和/或语音以指示存在过大电流的情况。该系统可以具有两个不导电机械阴连接区511、512，该阴连接区可以通过导电弹簧或导电夹513提供正电压608输出点，该导电弹簧或导电夹可以连接至阳连接403机械结构。以相似的方式，在另一端部上的不导电机械阴连接器509、510可以通过位于装置的远端部处的第二导电弹簧或导电夹514提供对于导电阳连接403机械结构的负电压609输出点。简单的滑动开关506、607、700、822可以用于使正电压输出608的导电弹簧或导电夹513接通或断开。限流装置601、501可以通过降低经过装置501、601的本体的电压而限制来自DC电源600的电流。添加发光二极管(LED)605可以提供对于过大电流被引出和/或系统中存在短路的视觉指示，同时发光二极管604可以提供对于系统的操作为正常以及电源500、702、824为接通的视觉指示。电阻603可以限制通过LED 505、604、605、701、823的电流。以相似的方式，添加电路板508、606可以通过扬声器507、602、708、821提供声音以指示存在过大电流的情况。当限流装置501、601处于供应电流且不产生电压降的模式时，电路板508、606可以不接收经过其的电压。当过大的电流被引出时，限流装置501、601可以产生可能经过电路板508、606出现的电压降。由此，电压降可能通过LED 605、505产生光和/或通过扬声器507、602、708,821产生报警声音。开关506、607、700、822可以用于使DC电压源502_504、600接通或断开。以该方式，受保护的正电压可以使用通过电源500、824的负端子609、820的返回电流路径而在电源500、824的正端子608处获得。机械部分300-304、721、801-808、810_815可以由任意导电材料制成，或者机械部分300-304、721、801-808、810-815的表面可以进行电镀以使所有暴露表面导电。导电部分303可以仅容许沿着一个轴线的机械连接。另一部分302可以仅容许沿着两个轴线的机械连接。一些部分301、304可以容许沿着所有三个轴线的机械连接。当两个导电部分300、302沿着同一轴线相连时，如由图3中的箭头308所示，电流将保持沿着相同的X-轴线305。当两个导电部分300、302以直角相互连接时，如由图3中的箭头309所示，电流可以从X-轴线305改变至y-轴线306。以该方式，电流能够被引导为沿 着任意轴线的任一方向。具有与图3和/或图8中所示的部分相似的形状和/或尺寸的不导电机械部分401、720、825可以用于阻断在可以为组装的最终机械结构的一部分的导电部分 300-304、400、402、721、801-808、810-815 之间的电流。不导电部分 401、720、825 可以由不传导电流的任意材料制成。但是，不导电部分401、720、825可以与在最终机械结构中使用的任意导电部分300-304、400、402、721、801-808、810-815在机械上基本相同。当机械结构使用如上所述的机电部分构建时，某些导电路径710-719、809、816也可以在结构中生成。使用常规的电流技术，可以说，电流路径710可以起源于正连接器弹簧513、709并且可以沿着X-轴线行进，随后转向且沿着Z-轴线行进。该电流710可以分成两个不同的电流，一个711沿+y轴线朝向开关S1705前进，而另一个712沿+y轴线朝向开关S2706前进。在开关S1705的另一侧上，电流路径713从+y轴线转向至+x轴线，并且前进至发光二极管L1703。在L1703之后，返回电流路径716首先沿着+x轴线行进，随后转向至沿着_y轴线行进。电流716被添加至电流715中以产生电流717，电流717沿着+z轴线行进并且转向至-X轴线以终止在电源702、500处。以类似的方式，电流714可以穿过电机M2704，并且可以变为电流715。电流路径719沿着-X轴线离开电源，并且很快转向至+z轴线以进入开关S3707。离开开关S3707的电流718沿着+z轴线行进，随后转向且沿着+X轴线行进。该电流718再次转向到-Z轴线上并且最后到-X轴线上以到达电源702、500的负端。由于可能没有部件来限制进入开关S3707内的电流路径719中的电流、或在从S3707回到电源702、500的电流路径718中的电流，因此开关S3707的闭合产生经过电源702、500的短路。这种过大的电流如前所述地进行处理以警告使用者并且将电流水平限制为安全值。当机械结构使用机电部件构建时，这些部件的形状可以为块或方块。如图8中所示，导电路径809、816可以在块或方块结构800中生成。使用常规的电流技术，可以说，电流路径816起源于电源824的正连接器处并且穿过导电块810-815以抵达电机模块817。块815通过与在电机模块817的另一侧上所示的可见夹819相似的夹与电机818接触。电流穿过电机818并且通过在块801处起源的电流路径809离开电机模块817。该电流809穿过导电块801-808而回到电源824的负侧。块808具有角部的剖切图以示出导电块808如何接触在电源824上的弹簧或夹820。以该方式，只要开关822使电源824接通，电流路径809、816就向电机818提供电力。如果开关822的闭合因任意原因而产生过大的电流，则在电源824上的过载如前所述地进行处理以警告使用者并且将电流水平限制为安全值。尽管机械结构750、800已经示出为使用与梁、块、或方块相似的形状，但是所述结构不限于这些形状并且也能够为仅举几例的杆、圆筒、星形、L形和X形。因此，尽管本发明已经参照优选实施例进行描述，但是其并非意为由此限制于所述新的机电组件，而是其变 型当落在前述公开、下述权利要求和附图的宽广范围和精神内时也意为被包括在内。
权利要求
1.一种快速连接机电系统,包括 具有壳体的多个可互连部件，其中，所述壳体具有内部和外部，并且所述可互连部件具有导电表面和不导电表面，并且电路通过使所述可互连部件中的至少两个电连接而形成；以及 位于所述壳体的第一端部上的卡扣配合机械连接器，所述连接器具有不导电表面但包括导电元件，其中，所述卡扣配合机械连接器将第一部件连接至第二部件的第二端部，并且在所述卡扣配合机械连接器中的开口使导电接触表面暴露，从而能够与所述导电元件形成电路。
2.如权利要求I所述的快速连接机电系统，其中，所述导电元件包括下述中的至少一个电容、电阻、二极管、发光二极管、显示面板、电感、晶体管、半导体、电源、电机、风扇、电子声音发射器、扬声器、蜂鸣器、电铃、报警器、麦克风、灯泡、闪光灯、开关、集成电路、计算机芯片、放大器、调制器、太阳能面板、计算机接口、电话接口、以及它们的组合。
3.如权利要求I所述的快速连接机电系统，其中，所述导电表面为固体金属或其他导电材料；导电塑料；具有电镀的导电表面的不导电塑料；被喷涂、电镀或另外处理以使暴露表面导电的任意不导电材料。
4.如权利要求I所述的快速连接机电系统，其中，所述不导电表面包括从下述组中选取的材料塑料、木材、纸板、硬纸板、玻璃、橡胶以及另外处理以使暴露表面不导电的任意导电材料。
5.如权利要求I所述的快速连接机电系统，其中，所述卡扣配合不导电机械连接器的所述开口使得弹簧钢、不锈钢、磷铜或铍铜的电接触表面暴露。
6.如权利要求I所述的快速连接机电系统，其中，所述多个可互连部件中的至少一个具有包括限流装置的电源。
7.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述限流装置包括具有视觉和/或声音报警的时间延迟式限流器。
8.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述限流装置包括正温度系数PTC可自恢复熔丝，所述熔丝在存在过载时产生用于产生视觉和/或声音报警的电压，并且当过载条件移除时自动移除该电压。
9.如权利要求8所述的快速连接机电系统，其中，所述声音报警是以一种或多种语言的语音。
10.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述报警在电流恢复至安全水平时被移除。
11.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述报警是下述中的一个或组合一种或多种语言的语音、报警声、闪烁光、蜂鸣器、或振动。
12.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述限流装置包括正温度系数PTC可自恢复熔丝，所述熔丝在存在过载时产生用于产生视觉和/或声音报警的电压，并且当过载条件移除时自动移除该电压。
13.如权利要求6所述的快速连接机电系统，其中，所述限流装置包括电路，所述电路在存在过载时产生用于产生视觉和/或声音报警的电压，并且当过载条件移除时自动移除该电压。
14.如权利要求I所述的快速连接机电系统，还包括开口狭缝，所述开口狭缝在所述导电表面的第一端部朝向所述导电表面的中部往回折叠时生成，并且电引脚固定在所述开口狭缝内且与所述导电表面电连通。
15.如权利要求I所述的快速连接机电系统，还包括第一和第二导电表面，其中，所述第一和第二导电表面彼此相同但在定向上彼此镜像。
全文摘要
本发明提供了一种三维机电系统，所述机电系统用于使用卡扣到一起的部件或构建块形成机械结构，所述部件或构建块易于演示在形成结合到机械结构中的三维电路时所需的原理。可再用的电子模块包括电池或其他电源，并且具有用于附接到其他电子模块上的装置以向这些三维电路提供电力并且防止过大的电流且向使用者报警过大的电流。
文档编号A63H33/04GK102686290SQ201080056936
公开日2012年9月19日 申请日期2010年12月15日 优先权日2009年12月16日
发明者A·西摩, A·马茨, B·约翰森, G·切克钦 申请人:伊兰克电子公司