本发明涉及模块化元件的领域。尤其，本发明涉及可释放地互连玩具构建元件(在下文称作“块”)，玩具构建元件以可开关的方式选择性地指引电力流动通过电路构建系统的其他导电块或有效元件。
背景技术：
可连接块，诸如由
如今，许多可连接玩具块由非传导塑料材料，诸如丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(abs)制成。以这种方式设计这些，使得两个块容易地可连接到彼此并且容易地拆解。许多构建套件允许连同简单形状一起的非常复杂的3d模型的建造。一些套件通过将诸如电动机、灯和传感器这样的电动元件机械地附接到现有块来组合它们。在某些实例中，电动组件嵌入或者包装在塑料块中，这允许到其他块的直接附接。
在这种电子组中，所有布线由不作为建造的部分的普通电线完成。电连接电路是直接的，并且提供简化的连接器将电线插入每个组件中。在电线通常成对出现并且仅建造体验将部件连接在一起的意义上，电动电路系统对用户不可见。因为用户没有学习更多关于电子学和电动电路，教育体验有限；而且，这受连接实际电线的需求所限制，电线可能纠缠在一起，限制机械移动并且看起来不愉快。而且，这种元件不包括基本电子组件，诸如电容器、线圈、电阻器等。
科学教育套件可以作为电子套件提供。这些通常包括具体的基于主题的独立套件，其中用户体验涉及连接执行某种功能的电气电路。这种套件的示例包括太阳能套件(太阳能动力的车辆)、电动喷泉、电动闹钟、电动涡轮等。许多套件使用塑料板，电线直接地或者通过机械设备(弹簧)连接在塑料板上。电动组件可以机械地附接到板。然而，因为用户体验局限于以电流流动通过的路径视觉上不明显的方式放置组件和连接电线，这种电子套件有限。结果通常是完全遮掩电路结构及其功能性的电线的纠缠。这样，教育价值和学习体验在最好的情况下有限。而且，每个套件的组件不能够在其他设置或者其他套件中使用，并且通常局限于它们为其设计的具体套件。
一些现有技术发表公开用于提供传导性玩具块的多种布置，诸如us3,346,775，us3,553,883，us4,556,393，us6,805,605和ch455606a。然而，这种布置需要接触或者传导引脚嵌入在玩具块内。
us8,821,182公开一种用于使用咬合式部件制作机械结构以及用于证明制作合并在结构中的电子电路时所需的原理的三维机电系统。然而，该系统缺少可以触发教育信息和自我发起的动作的任何传感器。
us2013/0343025公开一种教授编程和电路构建逻辑而不需要专业知识的模块化电子构建系统。模块化块构建系统由预先装配和互连的印刷电路板组成。电源、信号和接地线路在所有模块之间以及遍及所有模块互连，使得多个组件并联到线路。每个块执行一个或多个分立的功能，并且可以组合块以创建更大的电路。一些块响应外部事件，一些块预先编程，并且其他块传递或者阻挡电流。当传感器模块例如置于第一模块与第二模块之间时，电流受影响。
虽然该模块化电子构建系统有助于理解如何构建逻辑电路，但是由于大量组件包括在电子构建系统中，用户不能够识别电动组件或者学习电力如何流动。在响应于传感器检测的开关事件之后，数据通过信号线路传输以便重置开关，进一步增加电子构建系统的复杂度。
因此，本发明的目的在于提供能够选择性地指引电力流动通过邻接的块或者有效元件的玩具块。
本发明的另一个目的在于提供帮助儿童发起的触发动作而除了电源之外不需要单独数据线路的电可开关玩具块。
本发明的另一个目的在于提供允许电动组件互连和拆离而不使用有线连接的教育工具。
本发明的再一个目的在于提供教授儿童用户识别和隔离电动组件并且以视觉上直观的方式学习电气电路的基本原理的教育工具。
本发明的其他目的和优点将随着描述进展而变得显然。
技术实现要素：
本发明提供一种电路构建系统，包括多个导电并且可拆离且可机械互连的块，块在低电压电源与一个或多个电气有效构件之间延伸，并且以这种方式选择性地互连从而构建可闭合的电动的块限定的电路，电流可流动通过电路以激活所述一个或多个电气有效构件并且不依赖于单独的数据线路由电路可生成可触发的动作，其中所述多个导电块中的第一块是包括第一导电端子构件和第二导电端子构件的电可开关块，由此响应于所述可触发的动作，所述激活电流选择性地可流动到与其处于邻接且电力传导关系的多个块中的相邻块。
电路构建系统通常，但是不一定是用于演示电路系统的原理的教育工具。每个块可以配置有可识别且可隔离的电动的块衍生电路的单个电动组件，例如电阻器块、电池块、传导块以及电可开关块。用户看到，当根据用户选择的配置圆满地互连多个块以闭合电路时，一个或多个电气有效构件被激活，并且当移除一个块以打开电路时，一个或多个电气有效构件被去激活。
用户能够获得对用户发起的或者传感器响应的可触发动作负责的满足，以及学习可触发动作的起因的满足。
可开关块也包括响应于可触发动作，允许激活电流在第一端子构件与第二端子构件之间流动的操作机构。
在一方面，操作机构包括分别电连接到第一端子构件和第二端子构件的第一可分离接触件和第二可分离接触件，以及介于所述第一接触件与第二接触件之间的可磁化开关，所述第一接触件和第二接触件在被置于紧密接近所述可磁化开关的永久磁铁的磁场的影响下可闭合，并且在所述永久磁铁离开所述可磁化开关之后可打开。
在一方面，操作机构包括集成电路，集成电路配置有在休眠状态和活跃状态下可操作的逻辑电路，当逻辑电路设置为活跃状态时，激活电流由操作机构以足够激活一个或多个电气有效构件的幅度在第一端子构件与第二端子构件之间传输。当逻辑电路设置为休眠状态时，泄露电流以小于激活一个或多个电气有效构件所需的幅度连续地可流动通过块限定的电路，但是该幅度足够高以当由逻辑电路接收到触发命令时，能够执行可触发动作。
在一方面，集成电路包括处理器，介于第一端子构件与第二端子构件之间并且也连接到所述处理器的开关单元，以及具有足够高的电阻以将从第一端子构件接收并且传输到第二端子构件的电流减小到休眠状态幅度的限制电阻器。处理器可操作为将旁路限制电阻器的重新配置命令传输到开关单元，使得激活电流由第二端子构件接收。
在一方面，多个导电块中的第二块包括第一端子构件和第二端子构件以及一个或多个接触增强元件，以维持相邻的第一块或者第二块处于彼此邻接且电力传导的关系中。第二块可以具有由非传导材料制成的中心部分，以便将第一端子构件和第二端子构件彼此电隔离。
在一方面，多个导电块中的第二块是完全传导块，并且还包括一个或多个接触增强元件，以维持相邻的第一块或者第二块处于彼此邻接且电力传导的关系中。
在一方面，电路构建系统还包括与逻辑电路数据通信的短程接收器，触发命令，例如rf或者ir命令可远程地传输到逻辑电路。短程接收器可以提供有集成电路，或者可以被容纳在与第一块可互连的第三块内。
在一方面，触发命令可从传感器传输到处理器。传感器可以被容纳在与第一块可互连的第四块内，或者可以被容纳在第一块内。
在一方面，低电压电源是电池或者dc变压器。
在一方面，电动的块限定电路包括多个并联子电路，所述多个子电路的每个包括相应的电可开关块，激活电流选择性地可递送通过电可开关块。第一子电路可以包括第一电气有效构件，第一电气有效构件和与第二子电路相关联的第二电气有效构件不同。
附图说明
在附图中：
-图1是根据本发明的一个实施例，从可互连且导电块顶部的透视分解图；
-图2是从图1的传导块的底部的透视分解图；
-图3示意地例示防止电流流动的块布置；
-图4示意地例示除了图3的块布置之外，电流流动到电气有效构件的块布置；
-图5示意地例示被容纳在电可开关块的接口元件内的可磁化开关；
-图6示意地例示使用图5的可磁化开关向电气有效构件供电的块布置；
-图7示意地例示使用电阻器块向电气有效构件供电的块布置；
-图8示意地例示使用两个电池构件向电气有效构件供电的块布置；
-图9示意地例示向两个电气有效构件供电的块布置；
-图10示意地例示包括集成电路的电可开关块；以及
-图11是图10的集成电路的示例性电气布线图。
具体实施方式
本发明涉及提供电开关能力的新的可释放可互连玩具块。使用电可开关块构建结构的儿童用户将获得能够发起期望的电气引起的动作，诸如控制的移动或者光或声音的发出，以及从事于学习电气电路的基本原理的教育活动的满足。
下面的描述涉及直角多边形块，但是应当领会，本发明也适用于任何其他大小或者形状的块。
图1和2例示根据本发明的一个实施例，在分解视图中示出的可互连且导电块10。块10包括中心部分5，中心部分5具有l形轮廓并且配置有从中心部分5的正方形上表面4向上凸出的公衔接元件3，矩形接口元件7在表面4以下连接到中心部分5，并且在矩形接口元件7的底表面9处配置有母衔接元件8，以及分别可固定到接口元件7的两个纵向端部12和14的两个相对导电端子构件16和18。除了可固定到端子构件16和18之外，接口元件7通常但不一定是中空的，将用于帮助电开关能力的电路系统容纳在其中，如下文将描述的。
本文中描述的方向术语，诸如“上面”和“下面”，涉及表面4覆盖接口元件7的具体取向，但是应当领会，任何其他相对取向也在本发明的范围内。
公和母衔接元件可以具有本领域那些技术人员熟知的任何类型，并且所例示的公衔接元件的一些或者全部可以由母衔接元件取代，或者所例示的母衔接元件的一些或者全部可以由公衔接元件取代。
端子构件16和18的每个具有闭合的纵向外壁19，用于接收接口元件7的相应纵向端部的打开的纵向内端21，以及限定打开端部21的开口的平行侧壁23和24。公衔接元件3也从端子构件16和18的上表面向上凸出。为了将接口元件7固定到端子构件16和18，接口元件的每个纵向端部可以分别在其上表面和侧表面具有凹陷13和17，从端子构件的内表面凸出的互补凸出物27和28与凹陷可衔接。在接口元件7固定到端子构件16和18之后，块10变成单片装配件。
端子构件16和18可以由在共同未决国际公开no.wo2015/033340中公开的方式转换成导电构件。即，它们可以由基础塑料材料制成并且诸如通过电镀技术、用于掩蔽端子构件的部分的光刻技术、蚀刻技术，或者通过粘合剂或者机械附接，覆盖有具有出色导电性的一个或多个金属传导层，例如，三个单独的铜、镍和铬层。涂层的总体厚度可以在1-100微米的范围，抗腐蚀并且具有金属光泽。
作为替代，端子构件16和18可以由单个金属的并且因此是导电的层制成，或者具有嵌入在端子构件的壁内的导电引脚。
中心部分5和接口元件7优选地由非传导塑料材料，例如丙烯腈·丁二烯·苯乙烯(abs)制造，以便将端子构件16和18彼此电隔离。隔离接口元件7因此向导电块10提供两个单独的通道，不同极性的电流能够通过两个单独通道的每个而流动。
端子构件16和18也可以形成有柔性且横向间隔的接触增强元件32和33，以维持纵向相邻的块接触，同样如在共同未决国际公开no.wo2015/033340中公开的。接触增强元件32和33可以配置为连接到外壁19的柔性的弹性臂，它的大部分外围仍然与外壁19分离，以便在通常从外壁19倾斜延伸的部署中偏移。尽管在适当底板上一个挨着另一个放置的两个纵向相邻块之间通常存在抗传导间隙，凸出到间隙中的接触增强元件分别将两个纵向相邻块的两个端子构件设置成处于彼此邻接且电力传导关系中。
接触增强元件37也可以柔性地连接到横向侧壁24以分别设置两个横向相邻块的两个端子构件处于彼此邻接且电力传导关系中。
作为介绍，图3和4例示由儿童用户使用电可开关块15可构造的电气电路。不完整的电路在图3中示出，而图4例示增补图3的块布置以闭合电路并且激活组件的块布置。
电可开关块15与图1的块10类似地配置，配置有两个导电端子构件和介于两个端子构件之间的中心接口元件。另外，如将在下文描述的，电可开关块15包括被容纳在中心接口元件中的操作机构，用于选择性地允许两个端子构件之间电流的流动，以向儿童用户视觉地展示电气电路系统的一些基本原理。导电元件使用画影线示意地例示。
在图3的块布置40中，两个电气有效块，如所示例如用于生成低电压电源例如9v的电池块44以及螺旋桨块46，或者其中容纳有诸如电动机和光源这样的任何其他适当的电气有效组件的块，被布置处于与电可开关块15邻接且电力传导关系中。可以被配置为没有印刷电路板的电气有效块具有至少一个接触增强元件用于与电可开关块15衔接。如果期望的话，电池块44可以提供有限流器。也可以使用任何其他低电压电源，诸如低电压dc变压器。电气有效组件通常包装在塑料隔室内并且诸如通过布线、嵌入的金属导体、焊接或者机械附接(例如使用螺丝)电连接到接触增强元件。
即使电可开关块15与电池块44和螺旋桨块46处于电力传导关系中，儿童用户认识到螺旋桨47没有旋转，当然由于存在防止电力从电池流动到螺旋桨的中心绝缘部分。
在图4的块布置41中，完全传导块49与电可开关块15平行定位，使得块15和19都介于电池块44与螺旋桨块46之间，并且与它们处于电力传导关系中。为了帮助这种衔接，电池块44和螺旋桨块46的每个可以配置有两个接触增强元件，以便同时与两个块处于邻接且电力传导关系中。
因此，如由虚线示意地指示的，在相继经过电可开关块15，包括其端子构件16和18，螺旋桨块46和完全传导块49之后，电流在电池块44的负极端子51与正极端子56之间可流动。电流在与通过完全传导块49相反的方向上流动通过电可开关块15。由于电流的流动，螺旋桨47开始转动。儿童用户因此认识到，由于电池块44与螺旋桨块46之间闭合电路的形成，螺旋桨转动。
接口元件57在图5中示意地例示。可磁化开关59，例如簧片开关，被容纳在接口元件57的中空密封内部。开关59连接到相对的传导元件52和53，当接口元件固定时，传导元件52和53又与端子构件电接触。结果，当开关59闭合时，电流在传导元件52与53之间可流动。
如图6中所示，当使用包括接口元件57的电可开关块60时，包括完全传导块49的块布置42可以用来向电气有效块46供电。当儿童用户将永久磁铁62紧密接近接口元件57时，用作传感器以感测接近的磁场的两个接触件被弄在一起以驱动开关并且闭合电路，使得螺旋桨47旋转。因此学习工具向儿童用户提供理解使用磁场驱动组件而不与其直接接触，并且同时获得能够发起触发动作的满足。
在图7的块布置50中，电阻器块66定位于可开关块60与电气有效块46之间。在电阻器块66中，电阻器电连接到其两个相对的端子构件，两个端子构件的一个与相邻可开关块60的端子构件可电连接。因此电流可在一个方向上流动通过电阻器块66，例如传导从电池块44(图6)的负极端子51流动的电流。电流从电阻器块66流动到电气有效块46，并且然后从电气有效块46流动到完全传导块49。为了完成电路，电流可从完全传导块49流动到电池块44的正极端子。
当儿童用户将永久磁铁62紧密接近块60的接口元件时，电路变得闭合，并且儿童用户认识到，由于电阻器块66的影响，螺旋桨47以比相对于图6的块布置慢的速度旋转。当另一个电阻器块定位于块46与66之间时，螺旋桨47将以甚至更慢的速度旋转，帮助儿童用户理解电阻器使得较小幅度的电流流动到电气有效块46。
在一个实施例中，电阻器块66包括电位器，儿童用户能够通过电位器选择性地调整电阻，例如，借助于小刻度盘，并且由此提供期望的输出。
如此产生串联电路，由此可以容易地识别和隔离每个组件。当移除任何组件时，例如，电阻器块66，电路变得打开并且螺旋桨47将停止旋转。可以容易地取代所移除的组件以使得螺旋桨再次旋转。
如图8中所示，儿童用户将理解，通过添加第二电池块44以形成块布置55，可以使得螺旋桨47以更快的速度旋转。
应当领会，儿童用户可以将许多不同类型的电气组件，或者不同数量的给定组件添加到串联电路。
如图9中所示，使用互连块的电路可以假设任何期望的配置。例如，所例示的块布置65可以具有逐渐增加的高度。位于块布置的第二级至底部级别的完全传导块48允许从可开关块60流动的电流分支成两个方向：(1)朝向块46以便向螺旋桨47供电，从那里电流经由位于最底部级别上的完全传导块49返回到电池块44，以及(2)朝向在那以上的多个完全传导块48，每个完全传导块48位于块布置的不同级别上，以便将电力传导至位于最高级别上的载灯块67，从那里电流返回到电池块44。为了适应这个块布置，电池块44可以配置有三个端子构件。多个完全绝缘块63也选择性地遍及块布置65而定位以便将电流的流动驱策至期望的方向。
各种块可以用颜色编码，或者以任何其他适当的方法区分，来帮助识别每个块的功能。为了帮助儿童用户确定电流流动的方向，电流流动通过的每个块可以变得照亮，或者提供有任何其他适当的指示手段。
如图10中示意地例示的，块70可以是用于执行更加复杂操作的有效可开关块。接口元件77包括适应于响应预先确定的事件而闭合电路的集成电路(ic)79。例如，配置有时序组件的ic79可以被编程为在预先确定的时间闭合电路。作为替代，ic79包括传感器72，诸如用于感测经过在中心部分的上表面4中形成的孔径的环境光的光学传感器。当玩耍件，或者任何其他感兴趣的物体在光学传感器上经过时，感测到预先确定级别的黑暗并且使得电路闭合。
可开关块70也连同上述任何块布置一起操作，加以必要的变通。
虽然传感器72所示与可开关块70构成整体，但是应当领会，传感器72可以配置为与块70可互连的单独块，同时传感器与ic79数据通信。
只有当电流不断地流动并且ic79活跃时，ic79的逻辑电路操作为感测用户交互。为了确保操纵块70的用户将能够在任何期望的时候发起触发动作，ic79以两种不同的状态操作－休眠状态和活跃状态。在休眠状态中，小的泄露电流在ic中连续地流动并且不断地监控传感器72。泄露电流的电平小于激活电气有效组件所需要的电平，但是足够高以保持处于休眠状态的ic79期待接收触发命令。泄露电流典型地在1-3ma的范围。
在作出触发命令，诸如灯或声音有关的命令之后，ic79被设置为活跃状态以允许传输通过可开关块70的电流具有用于激活电气有效组件的足够高的幅度。
触发命令可以从诸如智能电话这样的远程控制设备传输，用于操作ic79的专用应用在远程控制设备上运行。为了适应这种远程操作，ic79可以包括与逻辑电路数据通信的短程收发器，例如蓝牙收发器。作为替代，能够设置为与逻辑电路数据通信的短程收发器可以被容纳在与可开关块70可互连的块中。
可以采用许多不同的电气有效组件。例如，当电气有效组件是led时，第一电阻器可以与led串联部署以减小传输到那里的电流以便增加led寿命，并且第二电阻器可以与第一电阻器并联部署以进一步减小流动到led的电流并且由此防止它在休眠状态中激活。
图11例示适合于执行儿童发起的触发动作的ic89的示例性电气布线图。ic89包括指示灯81、处理器82、与处理器82并联并且接收来自第一端子构件83的电流的光传感器84和麦克风86、介于第一端子构件83与第二端子构件85之间并且也连接到处理器82的开关单元92，以及限制电阻器98。应当领会，可以采用光传感器84和麦克风86中仅一个或者任何其他传感器。传感器也可以与ic89分离，例如配置为块。
开关单元92包括用于将从第一端子构件83接收的电流正常地递送至限制电阻器98的开关95，限制电阻器98具有足够高的电阻以将电流限制为休眠状态值，使得低的休眠状态电流将流动到第二端子构件85而不能够激活电气有效组件。限制电阻器98具有至少0.5kohm，并且通常大于1.5kohm，例如2.2kohm的电阻。响应于从传感器的一个接收触发信号，处理器82命令开关95变得重新配置以便旁路限制电阻器98并且将从第一端子构件83接收的相对高电平的电流递送至第二端子构件85，以便激活电气有效组件。开关单元92也优选地包括通常led91形式的光隔离器，用于与光学晶体管94合作生成光，来防止电压浪涌。
以这种方式，适合于生成儿童发起的、传感器响应的触发动作的电路可以有利地由可拆离互连块构建，而不需要单独的数据源。因为通常被容纳在电可开关块的接口元件内的ic89位于第一端子构件83与第二端子构件85之间的电流路径内，并且响应于从传感器接收的信号也可以从休眠状态切换至活跃状态，可以重复地执行无限数量的开关动作。缺少单独数据源的现有技术电路构建系统遭受电流的流动将在开关动作之后破坏的风险。
可以使用本发明的电路构建系统构建任何类型的电路，无论是串联电路、并联电路还是其组合。可以采用任何数量的可互连块和电气有效组件来提供用户选择的结构和用户选择的触发动作，同时用作可以识别、隔离和拆离通常包括单个电动组件的每个块的教育工具。
虽然已经经由例示描述了本发明的一些实施例，在不超出权利要求书的范围的情况下，本发明可以使用许多修改、变化和改编，以及使用在本领域技术人员的范围内的许多等同物或者替代解决方案而实行将是显然的。