專利名稱：磁力造型及造型變幻玩具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由一組單元型塊組成的造型及造型變幻玩具。
傳統的造型及造型變幻玩具，如積木(完全靠重力造型的堆壘式積木除外，例如傳統的木塊積木)，其造型是通過設置在單元型塊上的凹凸接插件或接榫完成的，而且在造型變幻玩具，如魔方類玩具中必須構造一些機械約束以滿足造型變幻的需要，這樣便使得構成玩具的單元型塊的形狀極其復雜，對加工精度也要求較高，模具費用和加工成本較高，同時造型玩具的接插件的機械精度對造型時單元型塊之間的連接力影響很大，其輕微的偏差即會造成連接力過小或過大，致使玩具的造型無法進行或非常困難；單元型塊之間僅有一個或有限的幾個允許的連接位置，限制了造型玩具的造型能力及造型的隨意性；造型變幻玩具的單元型塊無法制造得更為細小，即單元型塊的尺度不能太小，因為必須顧及機械約束部件的機械強度和加工誤差，從而無法把玩具作得更加復雜和有趣，而且傳統的結構僅能構筑奇數元的魔方，根本無法構筑偶數元的魔方，比如4×4×4的魔方，如果單元型塊的精度較低，魔方在進行旋轉變幻時會非常艱澀費力。
本發明的目的在于提出一種新型的造型及造型變幻玩具，省去了單元型塊上接插件和機械約束部件，用相對而言非常簡單形狀的單元型塊即能夠達到并且超過傳統的形狀復雜的接插式造型玩具的造型能力，同樣簡單形狀的單元型塊也能夠用于構成其它類型的造型玩具如平面或曲面拼圖玩具、立體拼型玩具等以及更為復雜和有趣的造型變幻玩具；如平面或曲面拼圖變幻玩具、立體拼型變幻玩具、魔方、魔球、迷方等，象元數很大、偶數元的魔方。
本發明的目的是通過以下技術手段實現的在用于構成造型及造型變幻玩具的一組單元型塊中，使其中至少一個單元型塊具有永磁性，成為永磁型塊，其余的型塊則是具有軟磁性的軟磁型塊，造型所需的單元型塊之間的連接和造型變幻所需的約束靠單元型塊之間的磁吸引力和相應的磁力約束實現(實際上接觸面上的摩擦力對造型也有貢獻，傳統的接插式積木則是完全靠接觸面上的摩擦力完成造型)，這樣，具有磁性的單元型塊就能夠靠單元型塊之間的磁吸引力和相應的磁力約束構成各種各樣復雜和有趣的造型及造型變幻變幻玩具，如積木、平面或曲面拼圖及拼圖變幻玩具、立體拼型及拼型變幻玩具等以及更為復雜和有趣的魔方類玩具，象元數很大、偶數元的魔方。為了完成一個造型有時會用到一些僅起支撐作用的型塊，所以可以有一部分型塊是沒有鐵磁性的非磁型塊，以降低成本。
由于型塊之間的磁吸引力和相應的磁力約束代替了型塊上的接插件和機械約束部件，省去了接插件和機械約束部件的單元型塊的形狀相對而言可以非常簡單，從而大大降低了對單元型塊及其模具的復雜性和精度的要求；因為單元型塊之間的連接力主要取決于永磁型塊的磁強度和單元型塊之間的接觸面積，所以很容易準確地控制，玩具也因此而更加容易拼裝和拆卸；型塊之間有較大范圍內連續可變的連接位置，其造型能力可以超過接插式造型玩具——不僅能完成后者能夠完成的造型，而且能完成后者無法實現的一些奇妙的造型；由于磁力具有許多奇妙的特性，如超距性，傳遞性，同性相斥等，能夠使造型及造型變幻玩具更加有趣。磁力約束是一種“軟”的無形約束，因此能夠構造出靠機械約束從原理上無法構造和技術上難以實現的造型變幻玩具，如4×4×4的魔方；造型變幻玩具的單元型塊可以作得簡單并且細小，因此可以在有限的空間內構造出更為復雜和有趣的造型變幻玩具；對單元型塊的機械精度的要求降低，即使單元型塊精度較低，造型變幻玩具的造型變幻操作仍然平滑和省力。
因省去了接插件和機械約束部件因而簡化了形狀的單元型塊還給造型和造型變幻玩具帶來其它的有益的特性——降低生產成本和提高產品的性能及性價比型塊的每個型面既可以作為與其它型塊連接的連接面，也可以作為構成造型外觀的造型面，因此玩具的造型能力增強，同樣數量的型塊可以完成更多和更逼真的造型；簡化了外形后的單元型塊的一致性及通用性增強，即一個型塊可以參與多種玩具的構造，只需生產較少種類的型塊便可以完成多種產品的生產，或者用一套包含更多通用型塊的產品可以構造出多種不同類型的造型及造型變幻玩具，從而提高了產品的性價比。
游戲者把玩過程中，永磁型塊的磁力線對游戲者手部的穴位和經絡產生微弱刺激，具有一定的保健作用，在娛樂的同時，益智健體。
下面結合附圖詳細說明本發明不言而喻，附圖是為了說明和解釋本發明，而不是為了限制本發明。
圖1是本發明的造型玩具實現的一些造型的示意圖。
圖1中，兩個具有永磁性的方形永磁型塊(1)(包括1和1a)與兩個具有軟磁性的圓柱形軟磁型塊(2)(包括2和2a)構成一個平動擺，具有永磁性的圓柱形永磁型塊(3a)和具有軟磁性的半球形軟磁型塊(4a)構成一個單擺，具有永磁性的方條形永磁型塊(3b)和具有軟磁性的方條形軟磁型塊(4b)構成一個懸臂，型塊(3)(包括3和3a、3b、3c、3d、3e，以下同)是具有永磁性的永磁型塊，其磁極取向在圖中用“N”和“S”示出，將磁極取向全部反過來也完全可以；型塊(4)是具有軟磁性的方形、三角形或半球形的軟磁型塊；型塊(5)在造型中僅起支撐作用，可以是非磁性或軟磁性的。上述平動擺和單擺均是傳統接插式積木無法實現的。與接插式積木相比，接插式積木的型塊之間僅有有限的幾個允許的連接位置，而磁力造型玩具的單元型塊之間有較大范圍內連續可變的連接位置，從而大大提高了造型玩具的造型能力和造型的隨意性。
構成造型的型塊的形狀可以采用與普通堆壘式積木相同的簡單形狀，如方形或圓形的餅、塊、條、桿，球形、圓錐、圓臺，以及方和圓的組合體，例如半球、球窩方塊、半圓餅或柱、鍥形塊等。其中一部分型塊是具有永磁性的永磁型塊，另一部分型塊是具有軟磁性的軟磁型塊，采用軟磁型塊的目的在于增加造型的隨意性并且避免磁沖突，將型塊制成具有軟磁性的也比制成具有永磁性的成本低。為了完成一個造型不可避免要用到一些僅起支撐作用的型塊，這部分型塊可以是沒有鐵磁性的非磁型塊，以降低成本。如果在型塊的每個型面均印有圖案，每個型面既可以作為連接面，又可以作為造型面，可以完成更多更逼真的造型。如果將型塊的一部分型面制成與所欲完成造型的外觀一致的不規則面，這樣的型塊可以完成非常逼真的立體雕塑造型，成為一套立體拼型玩具，拼出諸如逼真的房屋建筑、動物人體、車船機械等，而且這些不規則的造型面仍可作為連接面，只是此時的連接力較小。
顯而易見，使型塊具有永磁性或軟磁性可以采用多種公知的方法，常規方法可以用鐵磁性材料制造型塊，如磁鋼、鐵氧體磁性材料、稀土磁性材料等，或者在型塊內部或表面鑲嵌永磁體或軟磁體。從便于工業化大量低成本生產的角度出發，最好是采用混有永磁材料粉末或軟磁材料粉末的塑料注射成型生產磁性單元型塊。
下面結合實施例進一步詳細說明本發明。
在使用磁性型塊進行造型時，兩個永磁型塊只能按同性相吸的方式連接，甚至當兩個永磁型塊的同性極相距太近時也會發生磁沖突從而破壞了造型的穩定性，這便限制了造型的隨意性。當然巧妙的利用同性相斥的特性也能夠完成一些非常有趣的造型。如果采用型塊內部設置可回轉永磁體的方法就可以制造出有永磁性卻無固定磁極取向的永磁型塊，這樣，兩個永磁型塊可以在任何一對連接面上靠磁吸引力連接進行造型，大大提高了造型的隨意性。如圖2和圖3所示。
圖2和圖3所示為有永磁性卻無固定磁極取向的永磁型塊的結構示意圖。
圖2中，永磁型塊的主體(6)上有空腔(7)，空腔(7)內裝有可自由回轉的永磁體(8)，永磁體(8)可以具有任意的形狀，一般為球形、圓柱形、帶球形頭的圓柱體等，圖中所示為帶球形頭的圓柱體；永磁體(8)能夠在空腔(7)內自由回轉。為了避免型塊主體(6)對永磁體(8)構成磁屏蔽，型塊主體(6)應采用非鐵磁材料制造，可以在非磁性的型塊主體(6)上與永磁體(8)相應的位置上鑲嵌軟磁性的導磁極(9)。因為永磁體(8)在空腔(7)內能夠自由回轉，所以在進行造型時其磁極取向能夠隨需要自動調整，從而避免了磁沖突，這樣，兩個永磁型塊可以在任何一對連接面上相互吸引進行造型，大大提高了造型的隨意性。設置軟磁性的導磁極(9)可以增大型塊之間的磁吸引力。
圖3中，永磁型塊的主體(6)的多個連接面上設有多個空腔(7)，空腔7內均裝有可自由回轉的永磁體(8)，永磁體(8)可以具有任意的形狀，圖中所示為球形永磁體；永磁體(8)能夠在空腔(7)內自由回轉。為了避免型塊主體(6)對永磁體(8)構成磁屏蔽，型塊主體(6)應用非磁性材料制造，也可以在非磁性的型塊主體(6)上與永磁體(8)相應的位置上鑲嵌多個軟磁性的導磁極(9)。在型塊上設置多個可回轉永磁體，能夠增大造型時的連接力并進一步避免磁沖突。
同樣的磁性型塊也可以構成一組平面或曲面拼圖玩具或者是一組立體拼型玩具，用于拼圖或拼型的單元型塊靠磁吸引力連接以完成拼圖或拼型。與傳統的平面或曲面拼圖玩具和立體拼型玩具相比，其拼圖和拼型能力大為增強，例如用m×n個立方塊靠磁吸引力連接成一個平面(二維型塊堆)，如果在立方塊的每個面上均印有不同圖案，至少可以拼出6幅不同的m×n的畫面；同理，充分利用單元型塊的每個型面，可以用一組單元型塊拼出更多和更逼真的諸如建筑、車船、動物甚至人體模型等立體造型；而且同一組單元型塊既可以作為平面或曲面拼圖玩具又可以作為立體拼型玩具。拼圖或拼型可以靠拼圖型塊或拼型型塊之間的磁吸引力完成，也可以設置一個較大的基板型塊或框架型塊，拼圖型塊或拼型型塊靠磁吸引力“粘附”在基板型塊或框架型塊上以完成拼圖或拼型，此時，拼圖或拼型更加容易；因為單元型塊之間的連接力主要取決于永磁型塊的磁強度和單元型塊之間的接觸面積，所以很容易準確地控制，使得拼裝和拆卸更容易。
如果一組單元型塊靠磁吸引力連接形成一個穩定的三維的型塊堆，單元型塊的連接面在該型塊堆中形成若干旋轉面，型塊堆被某個旋轉面分成的兩部分可以沿該旋轉面的軸線進行相對旋轉從而實現造型變幻，便構成了一個類似于魔方的造型變幻玩具。在下文中，旋轉面具有兩重含義一是幾何學上的旋轉面，即一條直線、曲線或折線以某一直線為軸線回轉得到的一個曲面，平面是其中的一個特例；二是在造型變幻玩具中型塊的連接面構成的一些曲面，這些曲面具有旋轉面的幾何特征，造型變幻玩具被某一上述曲面分成的兩部分能夠沿該曲面的軸線相對旋轉，從而改變分別位于兩部分的兩個型塊的相對位置以實現造型變幻玩具中型塊相對位置的重組。
圖4所示是本發明構成的一種造型變幻玩具的結構示意圖。
圖4中用64個非常簡單的立方塊形的單元型塊僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的型塊堆(10)，是一個4×4×4的立體魔方，單元型塊的連接面在型塊堆(10)中形成了12個旋轉面(11)，在本例中，這些旋轉面均是平面，魔方被某個旋轉面分成的兩部分可以沿該旋轉面進行相對旋轉從而實現造型變幻。由于用磁力約束代替了機械約束，省去了機械約束部件后的單元型塊的形狀相對而言可以非常簡單，從而大大降低了對單元型塊及其模具的復雜性和機械精度的要求；即使單元型塊的機械精度較低，也能保證在進行造型變幻時操作平滑而省力；單元型塊可以作得非常小，這樣便可以在有限的空間(適宜在人的掌中把玩)內作出一個元數非常大的魔方，甚至大到靠人的腦力無法完成復原的程度；在本例中成功的構造了一個偶數元的魔方，這對于傳統機械結構的魔方是不可能完成的。為了示出魔方內部的結構，圖中移去了魔方的一個角上的8個單元型塊。在構筑魔方時，可以將位于魔方中心區域的一個較大的型塊設置成永磁型塊，而將其余的型塊均制成軟磁型塊，也可以在魔方中設置多個永磁型塊，在本例中，便可以將位于頂角的8個型塊(12)制成永磁型塊，當魔方的元數較大時，還可以在魔方的內層設置永磁型塊。
在造型變幻玩具中設置永磁型塊的基本原則是，如果兩個型塊能夠通過旋轉變幻成為相鄰或非常靠近的型塊，并且相鄰時的磁極取向的關系并非唯一時，這兩個型塊中只能有一個被設置成永磁性的，因為有可能發生磁沖突，即兩個同性極過于靠近而出現同性相斥現象，從而破壞了魔方的穩定性。是否會發生磁沖突在設計時很容易被預見。在本例中，特別是當魔方的元數較大時，位于魔方內層的非永磁型塊，可以有一部分或全部制成非磁性的。當然，如果采用無固定磁極取向的永磁型塊，則可以完全避免磁沖突，在一個魔方中可以全部采用永磁型塊也不會發生磁沖突。
因為影響魔方復雜性和有趣性的因素主要是面元數量而不是體元數量，通過選擇適當形狀的旋轉面的方法可以在增加魔方面元的同時盡可能減少內部型塊的數量，這些旋轉面可以具有任意的形狀，其軸線應通過魔方內部，一般是魔方的中心。選擇簡單的旋轉面，如平面、錐面、球面、圓柱面等，有利于簡化單元型塊的形狀。
圖5所示是本發明構成的一種魔方的結構示意圖。
圖5中8種共98個單元型塊僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的型塊堆(10)，是一個5×5×5的立體魔方，如果采用圖4所示的結構，需要5×5×5＝125個型塊，單元型塊之間僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的整體，單元型塊的連接面在型塊堆(10)中形成了12個旋轉面(11)，這12個旋轉面可以是錐面、球面或其它復雜形狀的旋轉面，圖中所示均為錐面，魔方可以沿這些旋轉面進行旋轉從而實現造型變幻，由于省去了機械約束部件，即使單元型塊的機械精度較低，在進行造型變幻時操作也非常平滑且省力，同時，型塊可以作得非常小，所以可以很容易地制造出10×10×10甚至更復雜的魔方，這樣的魔方靠人的腦力玩已經很困難了。在本例中，所有型塊均為細長的尖形型塊，就象植根于魔方中，完全避免了崩潰的危險，錐面還為旋轉變幻提供了良好的定心性。在本例中，可以將位于頂角的8個型塊(12)制成永磁性的，還可以同時將位于每個邊的中心的共12個型塊(13)制成永磁性的，還可以同時將位于每個面的中心的共6個型塊(14)制成永磁性的，也可以只在邊的中心或面的中心設置永磁型塊。雖然這些永磁型塊的尖頂在魔方的中心會聚，但均為很小的尖，只要N極和S極的數量大致相同，就可以避免磁沖突。為了示出魔方內部的結構，圖中移去了魔方一個角上的14個型塊。
一般而言，魔方的復雜性和有趣性取決于型塊堆內旋轉面的數量，并且對于一個旋轉面而言，與該旋轉面相交的旋轉面越多越好，后者組成的旋轉面組相對于前者的軸線對稱性越強越好，所謂對稱性是指后者(旋轉面組)的全部或一部分可以看作是由其中的一個或幾個旋轉面沿前者的軸線按360/n°的步距旋轉復制n次得到的，n越大越好。也可以這樣理解魔方在某個旋轉面沿其軸線旋轉一個非360°的步距后，與該旋轉面相交的旋轉面全部或部分再次重合，重新構成若干個完整的旋轉面，魔方可以繼續任意選定一個完整的旋轉面進行旋轉，這樣的位置和能夠再次重合的旋轉面越多越好——這種情況稱之為一個旋轉面(前者)與對應的一組對稱的旋轉面(后者中能夠再次重合的那部分)相交，其中的一個特例是一個旋轉面與一個通過該旋轉面軸線的平面相交，此時這個平面相對于前者仍然具有對稱性，其步距為180°。
較為復雜的一種情況是一個旋轉面與一組旋轉面相交，后者(旋轉面組)在魔方沿前者(旋轉面)旋轉時并不同時重合，即出現離散的步距值，此時，只要能夠在旋轉非360°的角度后能夠再次重合者均屬于前者的“對稱相交組”，如果這種情況在魔方中較為普遍且嚴重，即后者能夠重合的角度值比較離散，魔方有可能成為一個“迷方”——這個迷方象迷宮一樣有許多“死胡同”，當“走”到某個死胡同的盡頭時，迷方中只剩下若干互不相交或相交卻無對稱性的旋轉面是完整和有效的，此時，游戲者必須“原路返回”到某個位置才能繼續進行有效的旋轉變幻以完成迷方的復原。
迷方和魔方之間并無嚴格和明晰的界限，一個魔方更偏向于迷方的特征是旋轉面的步距離散；存在非標準步距，即該步距不是等分360°得到的，例如123°；即使在復原狀態或原始狀態，魔方中也存在不完整或稱局部旋轉面，這些局部旋轉面在魔方的旋轉變幻過程中有可能與其互補局部合成一個完整和有效的旋轉面。而魔方的要求是旋轉面的步距盡可能一致并且盡可能使魔方在每旋轉一步時魔方中所有旋轉面均重合為完整和有效的旋轉面，因為魔方的要求較為嚴格，所以本文重點說明魔方的構造，同樣的方法很容易構造各種各樣的迷方。
比較標準的魔方可以圖5為例，圖5中，12個旋轉面可分為11～11c，11d～11g，11h～11k三個小組，以旋轉面11a為例(該組其它旋轉面與11a同)，該旋轉面與11d～11k共8個旋轉面相交，這8個旋轉面可認為是11d和11e沿11a的軸線按90°步距旋轉復制4次得到的，魔方被旋轉面11a分成的兩部分在沿11a的軸線旋轉90°及90°的整數倍時，上述8個旋轉面再次重合為8個完整的旋轉面，即旋轉面11a與對應的一組對稱的旋轉面(11d～11k)相交，其步距為90°，此時，可以在魔方中的全部12個旋轉面中再任選一個旋轉面進行旋轉變幻，依此類推，直至達到某個既定的目標，比如將魔方的每個面或每個角均調整為同一色彩或圖案等。同樣，旋轉面11d也與對應的一組對稱的旋轉面(11～11c，11h～11k)相交，其步距也為90°。
如果改變魔方中的旋轉面的數量和相交關系，可得到45°、60°、180°等步距，而且同一個魔方中的不同旋轉面可以有不同的步距。使得魔方更加復雜和有趣。如果一個“魔方”中的全部旋轉面互不相交或相交卻全無對稱性，便不能稱之為魔方了，因為型塊之間的相對位置不能象魔方那樣進行有意義的改變以便進行型塊相對位置重組以致復原的游戲。
圖6所示是本發明構成的一種魔方的結構示意圖。
圖6中用9種共153個單元型塊僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的型塊堆(10)，是一個6×6×6的立體魔方，如果采用圖4所示的結構，需要6×6×6＝216個型塊。這個魔方由一個位于型塊堆(10)中心的球形型塊(15)和152個位于外層的造型型塊(16)構成，單元型塊之間僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的整體，單元型塊在型塊堆(10)中形成了15個旋轉面(11)，這些旋轉面可以是平面、錐面、球面或其它復雜形狀的旋轉面，圖中所示均為平面和平面+錐面，采用平面+錐面的目的是使魔方表面由均勻的方塊構成。所有旋轉面的軸線均通過球形型塊(15)的球心，所以魔方中實際的旋轉面為球面+平面(11、11a等)和球面+錐面+平面(11b等)，其軸線均通過球形型塊15的球心。本例中，可以將位于頂角的8個型塊制成永磁性的，最好是將位于魔方中心的球形型塊(15)制成永磁性的，其余型塊均為軟磁性的，這樣不僅制造簡單，能夠避免磁沖突，而且在旋轉變幻時，魔方的磁勢能基本上沒有變化，所以無需克服磁吸引力，操作更省力和平滑。由于在魔方中心有一個球形型塊15，所以在旋轉變幻時有很好的定心性。為了示出魔方內部的結構，圖中移去了魔方一個角上的19個型塊，圖中的A-A視圖是移去一半造型型塊后的視圖。
圖7所示是本發明構成的一種魔球的結構示意圖。
圖7所示是一個球形表面的魔方，或者說是一個魔球，用10種共289個型塊構成，包括一個位于魔球中心的永磁性的球形芯塊(15)和288個位于外層的造型型塊(16)，為了示出魔球內部的結構，圖中移去了魔球1/8球殼上的36個型塊，并且將這1/8球面展開另行畫出。單元型塊之間僅靠磁吸引力連接在一起構成一個穩定的型塊堆(10)，單元型塊之間形成了37個旋轉面(11)，包括9個球面+平面(11b等)和28個球面+錐面(11、11a、11c等)，其軸線均通過球形型塊(15)的球心。魔方可以沿這些旋轉面進行旋轉從而實現造型變幻，由于省去了機械約束部件，而且在旋轉變幻時，魔方的磁勢能基本上沒有變化，所以無需克服磁吸引力，操作更省力和平滑。同時，型塊可以作得非常小，可以用很少的幾種形狀的型塊制造出非常復雜的魔方。
由本例可以看出，魔方的外形已經變的不太重要，旋轉面的軸線可以有任意的取向，且并非必須正交，只要滿足旋轉面之間相交的對稱性要求即可，換言之，可以用上述方法構造任意外形的魔方、魔球或者魔什么都可以。
采用圖5-圖7所示的方法構筑魔方一般最多有兩層，即內部的球形型塊(15)和外層的造型型塊(16)，所以穩定性很好。中心有球形型塊的魔方在旋轉時還有很好的定心性。對于魔方或魔球外層的造型型塊而言，如果某個型塊的形狀具有內大外小的特征，這個型塊可以制成非磁性的，因為它將被相鄰的軟磁型塊約束在魔方內而不會脫出。
根據以上對本發明的說明，可以看出，靠磁吸引力連接的型塊之間很容易和方便地相對滑動，據此可以很容易地在前述平面或曲面拼圖玩具或者立體拼型玩具的基礎上構造平面或曲面拼圖變幻玩具或者立體拼型變幻玩具，型塊靠磁吸引力連接以完成拼圖或拼型以及相應的變幻——某個型塊可以很容易地通過滑動甚至滾動改變其相對于其它型塊的位置，也很容易從某個位置取下然后連接到另一個位置。仍以前述的m×n拼圖玩具為例，這個拼圖玩具同時也是一個拼圖變幻玩具，這些拼圖型塊呈m行n列排列，其間形成了m+n-2個滑動面(平面)，其中任何一行或一列均可以相對于其它拼圖型塊滑動一個或多個型塊的位置，依次選擇需要的行或列進行前述的滑動，便可以實現拼圖型塊的位置重組，直至達到某個目標，如拼出一幅圖畫。也可以選擇適當形狀的拼圖型塊在拼圖中構成旋轉面，如圓柱面等，位于圓柱面內的拼圖型塊可以相對其它型塊沿該圓柱面的軸線相對旋轉(平面可看作是半徑無限大的圓柱面)，拼圖變幻玩具的變幻方式更加復雜和有趣，此時的拼圖變幻玩具等同于一個二維的魔方。同理，如果拼型型塊在立體拼型玩具中構成若干滑動面和旋轉面，拼型玩具便成為一個拼型變幻玩具，比如可以拼出一個器官會動的動物或人物模型，可稱之為超級變形金剛，因為與傳統結構的變形金剛相比，該模型的變形方式更多而且無須借助工具就可以很方便地將一個部件或組件從某個位置取下然后裝配在另一個位置上。
造型變幻玩具中的旋轉面和滑動面是由型塊的連接面形成的，也可以認為型塊的形狀是由造型變幻玩具中的旋轉面和滑動面確定的，即將型塊看作是由這些旋轉面和滑動面切割原本是一個整體的造型得到的，但這并不意味著所有型塊都必須具有與相應切割面或旋轉面完全相同的光滑的連接面，型塊的連接面上可以有孔、坑或槽等凹陷，只要能保證魔方或魔球能夠平滑的進行旋轉變幻即可。試想兩塊理想的剛性“平板”，即使其接觸表面完全由位于同一平面的凸點構成，只要在兩塊剛性平板相對滑動的過程中，始終有三對以上的凸點接觸，我們仍然可以認為是兩塊表面是“光滑平面”的剛性平板在相對滑動。設置在型塊的連接面上的孔、坑或槽等凹陷，是否會影響造型變幻操作的平滑性很容易在設計時被預見。
可以在型塊之間設置可拆卸的止動連接件，止動連接件將兩個或多個獨立的單元型塊連接成為一個較大的型塊，完全或局部地消除了一個或多個旋轉面，使造型變幻玩具的復雜程度變化，能夠適應不同程度的游戲者或者適應游戲者水平由低到高的變化，也能夠使魔方變成更加復雜和有趣的“非標準”魔方——迷方。
圖8所示為在造型變幻玩具中的止動連接件的結構示意圖。
圖8中，兩個造型型塊(16)和(16a)上有對應的止動銷孔(18)和(18a)，止動銷(17)使兩者之間無法在共有的旋轉面(11)上相對滑動，將兩個獨立的單元型塊連接成一個較大的型塊，并使相應的一個旋轉面(這兩個型塊共有的旋轉面)發生斷裂而成為一個不完整或局部旋轉面。止動銷(17)的目的只在于使相鄰的兩個型塊(16)和(16a)無法相對滑動，所以可以是方形銷、圓柱銷或其它任何形狀的銷釘，圖中所示為兩頭小中間大的紡錘形銷，可以使止動銷的拆裝比較方便。也可以使用止動搭接件(19)使兩個型塊連接成一個型塊，此時在型塊上有與搭接件(19)的搭腳(20)相應的止動搭腳孔(21)，實際應用時，只需選用止動銷(17)或止動搭接件(19)中的一種即可。選用止動銷不會影響魔方的外形，選用止動搭接件則拆裝比較方便，巧妙的設計還可以在改變魔方元數的同時使魔方的外觀呈現多樣化。同理，使用多個止動銷或有較多搭腳的較大的止動搭接件，可以將多個造型型塊連接為一個較大的型塊，同時斷開多個旋轉面，比如用四個止動銷或有四個搭腳的止動搭接件，可以將相鄰的2×2共四個造型型塊連接成一個型塊，并且同時斷裂開了兩個相交的旋轉面。同樣的止動連接件也適用于其它的造型變幻玩具，如圖4和圖5所示結構的魔方以及拼圖變幻玩具。
使用止動連接件可以使魔方類造型變幻玩具變的復雜或簡單。只在一個旋轉面兩側的一對或數對型塊上設置止動連接件，只是斷開或局部地消除了這個旋轉面，相當于人為地設置了一些“障礙”，該旋轉面未被消除的局部有可能在旋轉變幻過程中與另一個同形旋轉面的互補局部構成一個完整和有效的旋轉面，這使魔方類造型變幻玩具更加復雜和有趣并更偏向于迷方。當一個旋轉面兩側的所有型塊均在該旋轉面上被止動，這個旋轉面就被完全消除了，只有當止動連接件完全并且對稱地消除多個旋轉面時，魔方類造型變幻玩具才變的較為簡單。
圖9所示為一個8元魔方通過設置和拆除止動連接件(止動銷或止動搭接件)以及改變止動連接件在魔方中的位置，由2元變為7元的過程。
圖9中，一個8元魔方通過設置和拆除止動連接件以及改變其在魔方中的位置由2×2×2的魔方逐步變為7×7×7的魔方，完全取消止動件該魔方便恢復成為一個8×8×8的魔方。圖中細虛線(22)所示為被連接件消除的旋轉面，粗虛線(23)所示為仍然完整和有效的旋轉面。
本發明的各種造型玩具(積木、平面或曲面拼圖玩具、立體拼型玩具)及造型變幻玩具(平面或曲面拼圖變幻玩具、立體拼型變幻玩具、魔方、魔球、迷方等)之間并無嚴格和明晰的界限，立體拼型玩具是一組能夠拼出更加逼真的立體造型的積木；平面或曲面拼圖變幻玩具是一個拼圖型塊之間形成了若干滑動面和旋轉面的拼圖玩具，也是一個二維的魔方類玩具；魔方類玩具是一個拼型型塊在其完成的立體造型中形成若干對稱相交旋轉面的立體拼型玩具，迷方是一個部分旋轉面斷裂的魔方；等等，不一而足。而且由于采用簡單形狀的單元型塊，增強了其通用性，實現了一面多用，一塊多用，大大提高了單元型塊的造型能力。以立方塊為例，立方塊的每個面均既可以作為連接面，又可以作為造型面；可以參與拼圖玩具、拼圖變幻玩具、魔方和迷方的構造，顯然，它還可以參與積木和立體拼型玩具以及立體拼型變幻玩具的構造。
本發明的造型玩具(積木、平面或曲面拼圖玩具、立體拼型玩具)及造型變幻玩具(平面或曲面拼圖變幻玩具、立體拼型變幻玩具、魔方、魔球、迷方等)具有以下優點1.由于型塊之間的磁吸引力和相應的磁力約束代替了單元型塊上接插件和機械約束部件，省去了接插件和機械約束部件后的單元型塊的形狀相對而言可以非常簡單，從而大大降低了對單元型塊及其模具的復雜性和機械精度的要求；2.因為單元型塊之間的連接力主要取決于永磁型塊的磁強度和接觸面積，所以很容易準確地控制，玩具的拼拆更容易；3.型塊之間有較大范圍內連續可變的連接位置，造型玩具的造型能力和造型的隨意性高，能完成一些傳統接插式造型玩具無法實現的造型；4.由于磁力具有許多奇妙的特性，如超距性，傳遞性，同性相斥等，能夠使造型玩具更加有趣。
5.單元型塊可以一面多用，一塊多用；6.不僅能夠構筑偶數元的魔方，而且可以構筑魔球、迷方等多種魔方類玩具；7.魔方類玩具可以作得更為復雜和有趣，其復雜程度可以在游戲者的控制下改變；8.即使單元型塊精度較低，造型變幻玩具的造型變幻操作仍然平滑和省力。
本發明提出的造型及造型變幻玩具可作為積木、平面或曲面拼圖及拼圖變幻玩具、立體拼型及拼型變幻玩具或者魔方類(魔方、魔球、迷方等)玩具。
權利要求
1.一種由一組單元型塊構成的造型及造型變幻玩具，其特征在于，這組型塊中至少有一個單元型塊是具有永磁性的永磁型塊，其余的型塊可以1.1全部是具有軟磁性的軟磁型塊，或者1.2一部分是具有軟磁性的軟磁型塊，其余為沒有鐵磁性的非磁型塊。
2.根據權利要求1所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的永磁型塊的主體(6)上有一個或多個空腔(7)，空腔(7)內裝有可在空腔內自由回轉的永磁體(8)，永磁型塊的主體(6)用非鐵磁材料制造。
3.根據權利要求2所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的永磁型塊的主體(6)上有與永磁體(8)相對應的用軟磁材料制造的導磁極(9)。
4.根據權利要求1、2或3所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的單元型塊靠型塊之間的磁吸引力連接構成一個穩定的二維型塊堆，單元型塊的連接面在型塊堆中形成若干個旋轉面和滑動面。
5.根據權利要求1、2或3所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的單元型塊靠型塊之間的磁吸引力連接構成一個穩定的三維型塊堆(10)，單元型塊的連接面在型塊堆(10)中形成若干個旋轉面(11)。
6.根據權利要求5所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的型塊堆(10)由一個位于型塊堆中心的球形型塊(15)和多個位于外層的造型型塊(16)構成，并且造型型塊(16)在型塊堆中構成的旋轉面(11)的軸線通過球形型塊(15)的球心。
7.根據權利要求5所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的型塊堆具有球形的外形。
8.根據權利要求6所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于所說的型塊堆具有球形的外形。
9.根據權利要求6、7或8所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于止動銷(17)或止動搭接件(19)將相鄰的一對或多個造型型塊(16)連接為一個較大的單元型塊。
10.根據權利要求4所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于止動銷或止動搭接件將相鄰的一對或多個型塊連接為一個較大的單元型塊。
11.根據權利要求5所述的造型及造型變幻玩具，其特征在于止動銷或止動搭接件將相鄰的一對或多個型塊連接為一個較大的單元型塊。
全文摘要
一種由一組單元型塊組成的造型及造型變幻玩具,其特征在于其中至少一個型塊是永磁型塊,其余是軟磁型塊,造型及造型變幻靠磁吸引力和相應的磁力約束完成,降低了對型塊及其模具的復雜性和精度的要求;連接力很容易準確地控制;造型能力和隨意性超過接插式玩具;磁力的奇妙特性使玩具更有趣;可構造多種復雜和有趣且復雜程度可控的魔方類玩具,且操作更平滑和省力。可作為積木、拼圖、拼型及變幻玩具或者魔球、迷方等魔方類玩具。
文檔編號A63F9/06GK1185347SQ9611423
公開日1998年6月24日 申請日期1996年12月19日 優先權日1996年12月19日
發明者唐忠聯 申請人:唐忠聯