一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构。


背景技术：

2.重申一下构成立体积木的五个基本组件。
3.请参阅图1，立方体顶点之间的细线表示一种切剖，如此可以对立方体进行四次切剖，得到ab'cb、b'd'cc'、ad'cd、ab'd'a'四个直角等腰正三棱锥(前三个字母为正三角形面)和一个正四面体acd'b'。
4.请参阅图2，如果对立方体相对两面一对平行的对角线，如ac及a'c'进行切剖，则可得到两个直角正三棱柱abc
‑
a'b'c'及adc
‑
a'd'c'。
5.请参阅图3，表示对立方体的一种特殊切剖，可以得到全等边正三棱柱。
6.经过对立方体进行上述三种切剖之后，包括立方体，得到了五个基本单元，他们是：1、立方体；2、正四面体；3、直角等腰正三棱锥；4、直角正三棱柱；5、全等边正三棱柱。
7.申请人把这五个基本单元称之为构建立体积木的五个基本组件，申请人在多篇专利申请文件中都对五个基本组件进行了引用，只是建立这五个基本组件的方法不一样而已。如cn2019202704835公开了一种平面结构的立体积木，采用的是磁性材料和开口卯榫的平面结构；cn2020306777782公开了积木接头，用的是26孔接头；而cn202022692525x公开了一种磁性条状积木，用的是磁条进行连接。他们都有一个共同的特点，首先要构建五个基本组件，之后，才能通过这几个基本组件搭建成基于立方体的几何积木，或者搭建自然界的各种物体。
8.但是，目前这五个基本组件在连接时所需的连接结构成本比较高，导致积木的价格偏高。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，结构简单，成本廉价，且连接牢靠。
10.实现上述目的的技术方案是：一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，所述五个基本组件分别为立方体、正四面体、直角等腰正三棱锥、直角正三棱柱和全等边正三棱柱，所述磁力体连接结构包括顶角加中心磁力结构、一面一中心磁力结构和一面两片磁力结构，其中：
11.所述顶角加中心磁力结构包括设置在每个基本组件的各个顶角的磁体、设置在每个基本组件的正三角形面的中心位置的磁体以及设置在每个基本组件的长方形面的中心位置的磁体；
12.所述一面一中心磁力结构包括设置在每个基本组件的各个面的中心位置的磁体；
13.所述一面两片磁力结构包括设置在每个基本组件的每个面上的两片磁体，且所述每个面上的两片磁体沿相应面的同一条边设置，且磁极相反。
14.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述磁体采用磁珠、磁片、磁条、磁柱或磁块。
15.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述一面两片磁力结构中，两片磁体一一对应地用榫头和卯洞代替。
16.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，在基本组件为正四面体时，所述顶角加中心磁力结构包括八个磁体，其中四个磁体一一对应地设置在所述正四面体的四个顶角处，另外四个磁体一一对应地设置在所述正四面体的四个正三角形面的中心位置；
17.在基本组件为直角等腰正三棱锥时，所述顶角加中心磁力结构包括五个磁体，其中四个磁体一一对应地设置在所述直角等腰正三棱锥的四个顶角处，剩余一个磁体设置在所述直角等腰正三棱锥的正三角形面的中心位置；
18.在基本组件为直角正三棱柱时，所述顶角加中心磁力结构包括七个磁体，其中六个磁体一一对应地设置在所述直角正三棱柱的六个顶角处，剩余一个磁体设置在所述直角正三棱柱的长方形面的中心位置；
19.在基本组件为全等边正三棱柱时，所述顶角加中心磁力结构包括八个磁体，其中六个磁体一一对应地设置在所述全等边正三棱柱的六个顶角处，另外两个磁体一一对应地设置在所述全等边正三棱柱的两个正三角形面的中心位置。
20.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述磁体可活动地安装在相应的顶角处、相应的正三角形面的中心位置或相应的长方形面的中心位置。
21.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述正四面体为空心时，所述正四面体的每个顶角的内部设置一个扇形锥体容纳腔，磁体可活动地设置相应的扇形锥体容纳腔内；所述正四面体的每个正三角形面的中心位置设置一个圆柱形容纳腔，磁体可活动地设置在相应的圆柱形容纳腔内。
22.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述直角等腰正三棱锥为空心，由三个直角等腰三角形面和一个正三角形面围成，所述直角等腰正三棱锥的每个顶角的内部设置一个直角顶角空心锥体容纳腔，磁体可活动地设置相应的直角顶角空心锥体容纳腔内；所述直角等腰正三棱锥的正三角形面的中心位置设置一个圆柱形容纳腔，磁体可活动地设置在相应的圆柱形容纳腔内。
23.上述的一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，其中，所述直角等腰正三棱锥中，每个直角等腰三角形面的直角处的内壁面设置有一个f形卯榫连接件，三个直角等腰三角形面对合时，每相邻的两个f形卯榫连接件卡接后形成一个立方体空腔。
24.本实用新型的构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，结构简单，成本廉价，且连接牢靠。
附图说明
25.图1为立方体的第一种切剖的结构示意图；
26.图2为立方体的第二种切剖的结构示意图；
27.图3为立方体的第三种切剖的结构示意图；
28.图4为八个磁体在立方体内顶角的安装示意图；
29.图5为正四面体的顶角加中心磁力结构的示意图；
30.图6为直角等腰正三棱锥的顶角加中心磁力结构的示意图；
31.图7为直角正三棱柱的顶角加中心磁力结构的示意图；
32.图8为全等边正三棱柱的顶角加中心磁力结构的示意图；
33.图9为正四面体外壳的结构示意图；
34.图10为正四面体展开后的内框架的示意图；
35.图11为直角等腰正三棱锥外壳的结构示意图；
36.图12为直角等腰正三棱锥展开后的内框架的示意图；
37.图13为正三角形盖板的结构示意图；
38.图14为正四面体外壳和正三角形盖板的安装示意图；
39.图15为直角等腰正三棱锥外壳和正三角形盖板的安装示意图；
40.图16为现有技术中八片磁片在正方形面上的分布示意图；
41.图17为一面两片磁力结构在正方形面上的结构示意图；
42.图18为一个榫头在正方形面上的分布示意图；
43.图19为现有技术中六片磁片在正三角形面上的分布示意图；
44.图20为一面两片磁力结构在正三角形面上的结构示意图；
45.图21为一榫三卯在正三角形面上的分布示意图；
46.图22为现有技术中六片磁片在直角等腰三角形面上的分布示意图；
47.图23为一面两片磁力结构在直角等腰三角形面上的结构示意图；
48.图24为现有技术中“磁魔方”的磁体排列顺序示意图；
49.图25为立方体的一面一中心磁力结构的结构示意图；
50.图26为正四面体的一面一中心磁力结构的结构示意图；
51.图27为直角等腰正三棱锥的一面一中心磁力结构的结构示意图；
52.图28为直角正三棱柱的一面一中心磁力结构的结构示意图。
具体实施方式
53.为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
54.请参阅图1、图2和图3，构成立体积木的五个基本组件分别为立方体、正四面体、直角等腰正三棱锥、直角正三棱柱和全等边正三棱柱。
55.本实用新型的实施例，一种构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，五个基本组件所述磁力体连接结构包括顶角加中心磁力结构、一面一中心磁力结构和一面两片磁力结构。
56.一、顶角加中心磁力结构
57.顶角加中心磁力结构包括设置在每个基本组件的各个顶角的磁体、设置在每个基本组件的正三角形面的中心位置的磁体以及设置在每个基本组件的长方形面的中心位置的磁体。
58.请参阅图4，基本组件为立方体时，顶角加中心磁力结构包括八个磁体d，八个磁体
d一一对应地设置在立方体的八个顶角处。
59.请参阅图5，在基本组件为正四面体时，所顶角加中心磁力结构包括八个磁体，其中四个磁体d一一对应地设置在正四面体的四个顶角处，另外四个磁体z1、z2、z3、z4一一对应地设置在正四面体的四个正三角形面abc、acd、adb、bcd的中心位置。
60.请参阅图6，在基本组件为直角等腰正三棱锥时，顶角加中心磁力结构包括五个磁体，其中四个磁体d一一对应地设置在直角等腰正三棱锥的四个顶角处，剩余一个磁体z设置在所述直角等腰正三棱锥的正三角形面abc的中心位置。
61.请参阅图7，在基本组件为直角正三棱柱时，顶角加中心磁力结构包括七个磁体，其中六个磁体d一一对应地设置在直角正三棱柱的六个顶角处，剩余一个磁体z设置在所述直角正三棱柱的长方形面bb'c'c的中心位置。
62.请参阅图8，在基本组件为全等边正三棱柱时，顶角加中心磁力结构包括八个磁体，其中六个磁体d一一对应地设置在全等边正三棱柱的六个顶角处，另外两个磁体z1、z2一一对应地设置在全等边正三棱柱的两个正三角形面abc、a'b'c'的中心位置。
63.请参阅图9、图10、图13和图14，正四面体为空心时，正四面体由四个正三角形面围成，其中三个正三角形面围成一个正四面体外壳(见图9)，另外一个正三角形面形成正三角形盖板(见图13)，正四面体外壳与正三角形盖板连接后形成一个空心正四面体(见图14)。磁体要装在正四面体内的各个顶点及各表面的中心位置。
64.正四面体的每个顶角的内部设置一个扇形锥体容纳腔c1、c2、c3、c4，磁体可活动地设置相应的扇形锥体容纳腔内；正四面体的每个正三角形面的中心位置设置一个圆柱形容纳腔c5、c6、c7、c8，磁体可活动地设置在相应的圆柱形容纳腔内(见图10)。
65.具体地，请参阅图10，细线勾勒出正三角形efg塑料片，该正三角形包含了四个较小的正三角形abc、abe、acg及bcf。ab、bc、及ca是对折边，正三角形abc之外的其他三个三角形可沿这三条边对折并且边边对合。粗线是加工后的形状，在ef、fg及ge的中点分别挖去三个半圆，在正三角形efg的顶点分别挖去三个扇形。当三角形abc之外的三个三角形折起对合时，将形成c1、c2、c3及c4四个扇形锥体容纳腔，容纳四个磁体，尺寸有所控制，以便磁体装入正四面体外壳内四个顶点时能小范围的活动。另外，在四个正三角形abc、abe、acg及bcf的中心位置有四个圆柱体c5、c6、c7及c8，每一个圆柱体从背面开孔放置磁体，当安装到正四面体外壳内时，也使其能够在较小范围内活动。在正三角形abc各边的中点位置开了长方形孔k，它用来通过正三角形盖板的卯榫，以便正三角形盖板与正四面体外壳卡牢。
66.这里说明一下正三角形盖板与正四面体外壳卡接时用到的卯榫结构。cn2019202704835公开了一种平面结构的立体积木，采用的是磁性材料和开口卯榫的平面结构，这里也应用到开口卯榫的连接结构，在图10中，两个平面成一定角度的对卡，不能采用封闭的卯洞。eb边上设置有一个开口的卯n和一个榫头p，bf边也如此。当他们所在的三角形折起并且对合时，则eb边与bf边对合。此时eb边的卯n与bf边榫头p卡位，而bf边的卯n与eb边榫头p卡位形成卯接。这种卯榫结构也用在正三角形盖板与正四面体外壳的卡接安装上。
67.请参阅图11、图12、图13和图15，直角等腰正三棱锥为空心，由三个直角等腰三角形面和一个正三角形面围成，其中，三个直角等腰三角形面围成一个直角等腰正三棱锥外壳(见图11)，一个正三角形面构成正三角形盖板(见图13)。直角等腰正三棱锥外壳和正三
角形盖板连接后形成一个空心的直角等腰正三棱锥(见图15)。磁体要装在体内的各个顶点及各内表面的中心位置，直角等腰正三棱锥的每个顶角的内部设置一个直角顶角空心锥体容纳腔c1、c2、c3、c4，磁体可活动地设置相应的直角顶角空心锥体容纳腔内；直角等腰正三棱锥的正三角形面的中心位置设置一个圆柱形容纳腔c5，磁体可活动地设置在相应的圆柱形容纳腔内(见图12)。
68.具体地，请参阅图12，与正三角形abc相连的是三个等腰直角三角形abe、acg及bcf。由于折起对合时形成了顶角是直角的锥体，因此采用不同于正四面体内框架的处理方法。首先，将三个直角等腰三角形的三个直角顶角各挖去一个正方形，使之在三个直角等腰三角形对合时，构成一个直角顶角的空心锥体，以便容纳磁体。为了使磁体不致掉落，并结合卡位固定的需要，构造了一个f形卯榫连接件。该f形卯榫连接件在三个直角等腰三角形对合时形成一个立方体空腔，该空腔尺度稍稍大于磁体的直径，使磁体在立方体空腔内能够活动。即直角等腰正三棱锥中，每个直角等腰三角形面的直角处的内壁面设置有一个f形卯榫连接件，三个直角等腰三角形面对合时，每相邻的两个f形卯榫连接件卡接后形成一个立方体空腔。
69.f形卯榫连接件有别于正四面体内框架使用的每边三头结构，这三头其中两头形成一个空间作卯，另一头作榫。在f形卯榫连接件对合时，f形卯榫连接件中两头的是卯孔n(f形的两横线之间构成卯孔)，另一头是榫头p。这是一种传统的对接卡位的方式，不同的是，这里是90
°
斜插入，并且根据需要将三头置放在顶角附近的位置，形成了一个f形卯榫。
70.除上面述及的之外，其余与正四面体的内框架相同，不再赘述。
71.二、一面两片磁力结构
72.请图16，图19及图22，三张图片分别是正方形、正三角形、直角等腰三角形，他们是五个基本组件的所有面中最典型的形状。各周边标有n、s字样的两片磁片，对称于各边的中垂线且与各边的距离相等。如此，正方形需放置8片，正三角形需放置6片，直角等腰三角形需放置6片。当正方形两片对合时，每转90
°
ns极均相互吸引，当正三角形两片对合时，每转120
°
ns极相互吸引。由于直角等腰三角形各边不对称于中心，若两面对合，转角意义不大。
73.cn2019202704835公开了一种平面结构的立体积木，描述了完全相同的六片正方形可内接成一个立方体，完全相同的四片正三角形可内接成一个正四面体，完全相同的三片直角等腰三角形和一片正三角形可内接成一个直角等腰正三棱锥。一个正四面体和三个直角等腰正三棱锥可拼接成一个小立方体。这个小立方体由20片三角形组成，按早先的设计需120片磁片。若构成一个由8个小立方体组成的两阶(2x2x2)磁力体，则需960片磁片，这是一个不小的数字。
74.出于成本的考虑，图15(正方形)，图18(正三角形)及图21(直角等腰三角形)是不考虑转角只要求全等面相互吸住的设计。这种设计节省了磁性材料，但只有合适的角度两面才能对合吸引。比如，两片正三角形面对合，只有n极与s极相对时才能对合吸引，其他角度会产生吸引偏差，即当一个角度相吸时，转120
°
或240
°
均不能贴合相吸。同样，两个正方形面也只有n极与s极相对的一个角度可以对合吸引，其他角度都不能对合相吸，这是节省成本带来的不便。
75.请参阅图17、图20和图23，出于成本的考虑，设计了一面两片磁力结构，一面两片磁力结构包括设置在每个基本组件的每个面上的两片磁体，且所述每个面上的两片磁体沿
相应面的同一条边设置，且磁极相反。正方形面上设置有两片磁体n、s(见图17)。正三角形面上设置有两片磁体n、s(见图20)，直角等腰三角形面上设置有两片磁体n、s(见图23)。
76.一面两片磁力结构是不考虑转角只要求全等面相互吸住的设计。这种设计节省了磁性材料，但只有合适的角度两面才能对合吸引。比如，两个正三角形面(见图20)对合，只有n极与s极相对时才能对合吸引，其他角度会产生吸引偏差，即当一个角度相吸时，转120
°
或240
°
均不能贴合相吸。同样，两个正方形面(见图17)也只有n极与s极相对的一个角度可以对合吸引，其他角度都不能对合相吸，这是节省成本带来的不便。
77.三、一面一中心磁力结构
78.一面一中心磁力结构包括设置在每个基本组件的各个面的中心位置的磁体。具体地，请参阅图25，立方体的每个表面的中心位置设置有一个磁体。请参阅图26，正四面体的每个表面的中心位置设置有一个磁体，请参阅图27，直角等腰正三棱锥的每个表面的中心位置设置有一个磁体；请参阅图28，直角正三棱柱的每个表面的中心位置设置有一个磁体。全等边正三棱柱的每个表面的中心位置设置有一个磁体(图省略)。磁体的放置方法可参考本文的相关叙述，不再展开。
79.要解释的是，当六个，四个、五个磁体通过内框架分别放置在立方体、正四面体、直角等腰正三棱锥、直角正三棱柱以及全等边直角正三棱柱内，若内框空间较小，则框内磁体会相互吸引，只是各磁体都在各自的封闭窗内，不致吸引到一起。外部的磁性材料的磁场强度必须与内部磁体的磁场强度同一级别甚至更高，才能将内部磁体吸引过来。随之而来的便是这样一个问题，比如，正四面体三个面的磁体被外部吸引，此时，未被使用的第四个磁体将受到六个磁体的磁场合力，使得同级的磁体不能吸引内部空状态的磁体。解决的办法就是增大框内磁体之间的距离。
80.四、卯榫替代结构
81.一面两片磁力结构中，两片磁体可以一一对应地用榫头和卯洞代替。
82.可对磁性材料两片设计进行物理拓扑，用拼接结构的榫头当作磁性材料的n极，而拼接结构的卯洞当作磁性材料的s极。
83.请参阅图18，正方形面的卯榫结构，只有底边一个榫头n，其余七个均为卯洞s。当两片底边有榫头的正方形对合时，在底边榫卯相对可以压接，每转90
°
预留的空洞均可纳入两个对合面的榫头。
84.请参阅图21，正三角形面的卯榫结构，具有一个榫头n1，三个卯洞s1、s2、s3，除底边外，可转角的角度是120
°
，240
°
及360
°
(回归原位)，因此，正三角形卯榫结构图较正方形卯榫结构图简单。当两片底边有榫头的正三角形对合时，在底边榫卯相对可以压接，每转120
°
预留的空洞均可纳入两个对合面的榫头。
85.请参阅图23，直角等腰三角形面的卯榫结构。它与采用磁性材料的共用一个图，这是因为两者可归纳成物理拓扑。由于一个直角对合，它的操作相对简单。不管是采用磁性材料还是卯榫结构，只需两个对合面的底边相重合，则卯榫对合或者ns极对合。
86.本实用新型的构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，磁体可以采用磁珠、磁片、磁条、磁柱或磁块。本技术用到的磁性材料并没有强调是磁片，用到了磁珠或磁柱，坦率地讲，使用磁珠或磁柱并不是制作磁力体的最好的方法。磁力体(最早称为多面体)出世到现在已经25年了，迟迟没有厂家愿意接产，高费用是一个根本的原因。俄罗斯有一家
厂商也用到了ns极顺序的磁路设计，即正三角形面也用6片磁片，也采用ns极顺序的磁路设计，只是没有对立方体进行切剖，不能用组件构成立方体。比如请参阅图24，“磁魔方”的磁体排列顺序。俄罗斯厂商要介入中国的磁玩具市场，才引起国内企业对本人的磁力体构思感兴趣。出于降低生产成本，降低消费者的花费，才有了上述设计构思。
87.本实用新型的构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，在写到磁体放置时，都谈及磁体需要活动，这有别于磁片的放置。磁片可以压接在一个固定位置，不允许它活动，但磁珠或磁柱必须有个转动或跳动的空间，否则就不能做到一珠或一柱多用，甚至卡死。
88.当在面内的磁体靠近时，在磁场磁力线的引导下，这两个磁体会迅速跳转方向ns极相互吸引，此时，同级的磁体即使贴近也不可能强夺ns极吸引权，只能接受偏转的磁力线弱磁场。除非磁场强度高一级别的磁性材料，才能把其中靠得更近的磁体强夺过来，另一个只能接受偏转磁力线的弱磁场了。比如立方体，当有磁体的两面相互吸引时，第三个立方体的正方形面只能接受偏转磁力线的弱磁场，这是采用磁珠或磁柱的缺点。故在每一个正三角形面的几何中心增加一个磁珠或磁柱，以解决正三角形三个顶点的磁体被优先权后，尚有一个磁珠或磁柱保留，使之与另外一个正三角形面几何中心有效贴合。比如，这种情况会出现在正四面体已经相互吸引了三个直角等腰正三棱锥，一个正三角形空出的情形。若只在五个基本组件各内表面中心位置放一个磁珠或磁柱，则需要适当加大磁珠或磁柱两者之间的距离，避免发生“吸死”现象。
89.综上所述，本实用新型的构成立体积木的五个基本组件的磁力体连接结构，结构简单，成本廉价，且连接牢靠。
90.本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。