磁性连接式的电子模块和模块化电子构建系统
技术领域
本发明涉及电子领域,更具体地,涉及磁性连接式的电子模块和模块化电子构建系统。
背景技术
如今,技术设备广泛地应用在非成年人和成人的日常生活中。然而,大多数人并不知道这些设备的工作方式,也不知道该如何组装构造他们想要的设备。事实上,一个普通人掌握的知识与这个人使用和消费的设备所涉及到的知识之间有很大的差距,从而普通人无法设计或构造电子设备。目前市场上可购买到的电子器件规格不一,不同功能的元器件之间许多情况下也不互相匹配。并且,可以互相匹配的电子模块之间通常连接方式单一,扩展空间较小。
中国专利申请CN104619117A(申请号201510085854.9)公开了一种电子模块。所述的电子模块虽然可以在垂直方向上堆叠,但是并不能在水平方向扩展,并且模块之间的连接角度也不可调整。
发明内容
针对普通人无法方便地设计或构造电子设备的情况,本发明要解决的第一技术问题也即第一目的在于提供一种操作简易并可以多角度连接的电子模块,本发明要解决的第二技术问题也即第二目的在于提供一种操作和搭建较为容易的包括所述的电子模块的模块化电子构建系统。
本发明的总的技术构思是:提供一种无需编程专家帮助或者无需学习先进电子设备的各种复杂知识,也能让普通成年人和非成年人使用的功能性电子模块,并且让非成年人或普通成年人能够创建专属自己的互动玩具、物件、或定制的交互产品,同时这些非成年人或普通成年人不必是编程专家、也不必学习与这些先进电子元件相关的诸多复杂知识,而能实现使用功能性电子模块,以及实现使用模块化电子构建系统,并由此完成电子构建产品。
实现本发明第一目的的技术方案是提供一种磁性连接式的电子模块,包括基座和导电部。所述基座包括N个管脚部和连接N个所述管脚部的连接部,其中N为大于等于2的整数。所述管脚部为板状,所述管脚部设有朝向其板体垂直方向的通孔。所述电子模块还包括磁体件,所述磁体件设置在所述管脚部的所述通孔内。每个所述管脚部对应一个导电部,各个所述导电部之间互不连通。所述电子模块还包括磁体件,所述磁体件设置在所述管脚部的所述通孔内。所述导电部包括设置在所述通孔内壁的部分和设置在所述基座表面的部分,所述设置在所述通孔内壁的部分与所述磁体件电连接,所述设置在所述基座表面的部分可用于与电器件电连接。所述磁体件能令所述电子模块的磁体件与另一个电子模块的位于其一个管脚部内的磁体件在通孔的朝向上建立磁性连接,且所述电子模块与所述另一个电子模块在磁性连接处相互吸合并可相对转动。N可优选为10。
所述磁体件有导电功能,并且所述电子模块通过磁体件与另一个所述电子模块的管脚部的磁体件建立电连接。通过磁体件导电,无需另外设置电子模块间的导电部件,简化电子模块的制作,并且连接电子模块时操作简单。
以所述磁体件为中心,所述电子模块与所述另一个电子模块在磁性连接处相对转动的角度可在0度到360度间调整。电子模块间的角度调整,为扩展和搭建更多的电子模块提供了创造空间。
所述电子模块还包括电器件;所述电器件包括N个接口,并且N个接口的每一个能与N个所述导电部中的相应一个对应电连接。不同的电器件可根据其管脚个数或输入/输出接口个数连接到相应管脚个数的模块上,这种设计可连接各式不同的电器件。
所述N个管脚部以所述基座的中心为中心呈放射状分布。所述基座的横截面为旋转对称图形,以所述基座的中心为中心,相邻管脚部的之间的夹角为360/N度。这些设计可使电子模块间形状适应,方便互相组合。
所述通孔的横截面形状为圆形;所述磁体件嵌入通孔内的部分为圆柱形,与所述通孔的形状相适应;所述磁体件能令所述电子模块的磁体件与另一个电子模块的位于其一个管脚部内的磁体件在所述圆柱形的轴向上建立磁性连接,且所述电子模块与所述另一个电子模块在磁性连接处相互吸合并可围绕轴线相对转动。
所述通孔还可包括在靠近连接部的方向凹进的上下贯通的凹槽。所述凹槽在安装磁铁件时可提供形变缓冲。
所述磁体件为异形磁体件,可包括上圆柱体部,中圆柱体部和下圆柱体部。中圆柱体部的形状与所述管脚部的通孔相适应,高度相同。其上圆柱体部和下圆柱体部的直径小于中圆柱体部,分别为磁体件安装在通孔内后凸出于管脚部顶面和底面的部分。
所述电子模块还可包括塑胶套,由底部、顶部和半圆柱壳部组成,其顶部和底部的中央部分具有上下向的圆柱形的中央通孔,配合管脚部和磁体件的形状,可覆盖管脚部的顶面、底面以及磁体件的上圆柱体部和下圆柱体部的侧面部分。
基座的的两个管脚部的每个端部称为嵌入部,且该嵌入部的中部设有缺口,用于安装塑胶套时起定位作用。
在顶部的右边缘至中央通孔处设有与上圆柱体部的形状相适应的上凹槽,在底面的右边缘至中央通孔处,设有与下圆柱体部的形状相适应的下凹槽。安装塑胶套时,磁体件通过上下凹槽至中央通孔处被弹性固定,同时塑胶套也在其中央通孔处被磁体件的上圆柱体部和下圆柱体部限制,不易向外脱出。
所述电子模块还包括至少一个补位模块,所述补位模块包括座体和磁体件;所述座体的形状与所述电子模块的所述管脚部形状相适应;所述座体为板状,并设有朝向其板体垂直方向的通孔,所述磁体件设置在所述通孔内;所述磁体件能令所述补位模块与所述电子模块的所述管脚部内的磁体件在在通孔的朝向上建立磁性连接。补位模块的设计可在多管脚模块之间在垂直方向上补足高度,并可根据需要导通或隔断电路。
实现本发明第二目的的技术方案是提供一种模块化电子构建系统,包括多个磁性连接式的电子模块,其中包括第一模块和第二模块。每个所述电子模块包括基座和导电部。所述基座包括N个管脚部和连接N个所述管脚部的连接部,其中N为大于等于2的整数。所述管脚部为板状,设有朝向其板体垂直方向的通孔。所述电子模块还包括磁体件,所述磁体件设置在所述管脚部的所述通孔内。每个所述管脚部对应一个导电部,各个所述导电部之间互不连通。所述导电部包括设置在所述通孔内壁的部分和设置在所述基座表面的部分,所述设置在所述通孔内壁的部分与所述磁体件电连接,所述设置在所述基座表面的部分可用于与电器件电连接。所述第一模块通过一个所述管脚部内的磁体件与第二模块的一个管脚部的磁体件在通孔的朝向上建立磁性连接,且所述第一模块与所述第二模块在磁性连接处相互西河并可相对转动。
所述磁体件有导电功能,并且所述电子模块通过磁体件与另一个所述电子模块的管脚部的磁体件建立电连接。
以所述磁体件为中心,所述第一模块与所述第二模块在磁性连接处相对转动的角度在0度到360度间调整。
所述电子模块还包括电器件;所述电器件包括N个接口,并且N个接口的每一个能与N个所述导电部中的相应一个对应电连接。
所述模块化电子构建系统还包括一个或多个补位模块;所述补位模块包括座体和磁体件;所述座体的形状与所述电子模块的所述管脚部形状相适应;所述座体为板状,并设有朝向其板体垂直方向的通孔,所述磁体件设置在所述通孔内;所述磁体件能令所述补位模块与所述电子模块的所述管脚部内的磁体件在通孔的朝向上建立磁性连接。
所述补位模块的磁体件有导电功能,能令所述补位模块与所述电子模块的所述管脚部内的磁体件间建立电连接。
所述补位模块的磁体件的一面覆盖绝缘层;所述补位模块以其覆盖绝缘层的一面与所述电子模块的所述管脚部内的磁体件在通孔的朝向上建立磁性连接,隔断所述补位模块与所述电子模块的所述管脚部内的磁体件间的电连接。
所述系统还包括第三模块;所述第一模块、所述第二模块和所述第三模块均包括2个管脚部,所述三个电子模块的管脚部依次首尾相接,构成稳定的三角形结构。
所述系统还包括第三模块和第四模块;所述第一模块、所述第二模块、所述第三模块和所述第四模块均包括2个管脚部,所述四个模块的管脚部依次首尾相接,构成四边形结构,且四边形的角度可调整。
多个所述电子模块可构成串联电路和/或并联电路。
本发明具有积极的效果:(1)本发明提供的电子模块可在相应的管脚部通过磁体在垂直方向上同时实现磁性连接和电连接,并且以磁体为中心,两个模块可自由旋转,即两个模块在磁性连接处形成的角度可调整。(2)通过本发明提供的电子模块构建方式,多管脚模块适应了不同输入输出接口个数的电器件,补位模块可在高度上补位并且磁性限位相连的电子模块,以及在需要的情况下可选择地接续或隔断其上下模块间的电连接。(3)通过本发明提供的连接方式,各个模块不仅可以在垂直方向延伸,也可以在水平方向延伸,各个模块间的角度可根据用户/玩家/制作人员的喜好或需要来调节,为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。(4)本发明的实施方式具有多样性。电子模块可以只有基础模块,不同电子模块之间相互连接就可以构成最简单的模块化电子构建系统。在本发明的模块化构建系统中,可以包括电器件,也可以不包括电器件。在不包括电器件时,用户可以自行购买或准备的相应的电器件直接连接到基础模块上,或者通过导线等电连接装置与基础模块电连接。
附图说明
图1为本发明电子模块的基础模块的第一种立体示意图,其中的基座的形状为一字型平板状,所示的基础模块也可作为电子模块使用。
图2为本发明电子模块的一种立体示意图,该电子模块与图1所示的基础模块相比,增加了电器件。
图3为图2的立体分解示意图。
图4A为图3中的磁体件的立体示意图。
图4B为图2所示的基础模块的正视图,示出了基础模块的磁性情况。
图5A为本发明的电子模块的基础模块的基座的另一种示意图,其所视方向为正视,且基座呈等厚的平台对称式凸起形。
图5B为本发明的电子模块的基础模块的基座的另一种示意图,其所视方向为正视,且基座呈台阶状。
图6为本发明电子模块的基础模块的第二种立体示意图,其中的基座的形状为Y形平板状,所示的基础模块也可作为电子模块使用。
图7为本发明电子模块的基础模块的第三种立体示意图,其中的基座的形状为十字形平板状,所示的基础模块也可作为电子模块使用。
图8为本发明电子模块的补位模块的立体示意图。
图9为图1所示的基础模块与图8所示的补位模块的一种组合情况的示意图。
图10为图1所示的基础模块与图8所示的补位模块的另一种组合情况的示意图。
图11为图1所示的基础模块的一种变体的立体示意图。
图12为图11所示的基础模块中的2个磁体件与基座的立体分解示意图,示出了将磁体件装配在基座上的情况,三者构成磁体件基座组件。
图13为图11所示的基础模块中的1个塑胶套与磁体件基座组件的立体分解示意图,示出了将塑胶套装配在磁体件基座组件上的情况,图11中的另一个塑胶套未画出。
图14A至图14C分别为图11中的磁体件的立体图、俯视图和正视图。
图15A至图15D分别为图11中的塑胶套的立体图、俯视图、正视图和右视图。
图16为本发明模块化电子构建系统的第一种立体示意图,示出了3个图2所示的电子模块的一种组合情况。
图17为本发明模块化电子构建系统的第二种立体示意图,示出了6个图2所示的电子模块的一种组合情况。
图18为本发明模块化电子构建系统的第三种立体示意图,示出了图2所示的3个电子模块与图8所示的1个补位模块的一种组合情况。
图19为本发明模块化电子构建系统的第四种立体示意图,示出了5个图2所示的电子模块、1个图6所示的基础模块、1个图7所示的基础模块和2个图8所示的补位模块的一种组合情况。
图20为本发明模块化电子构建系统的第五种立体示意图,示出了4个图2所示的电子模块的一种组合使用情况。
上述附图中的标记如下:基座1,连接部11,管脚部12,通孔12-1,凹槽12-2,嵌入部12-3,缺口12-4,凸出部12-5,矩形面12-6,绝缘部13;导电部2,导电部上部21,导电部下部22,导电部孔内部23;磁体件3,上圆柱体部31,中圆柱体部32,下圆柱体部33;电器件4;座体5;塑胶套6,顶部61,底部62,半圆柱壳部63,中央通孔64,侧面开口部65,上凹槽66,下凹槽67;双管脚基础模块100a和100b,双管脚模块100、100-1至100-6;三管脚基础模块200;四管脚基础模块300;补位模块400、400-1至400-3;接触点101至103。
为了在对本发明的描述中清楚表示有关部件的结构和部件之间的相互关系,以附图4B所示的方位进行有关方向的描述,也即图中所示的上下左右方向即为描述中的上下左右方向,竖直方向或者一些场合特指的垂直方向即图中所示的上下方向,水平方向为图中所示的包括前后左右方向在内的各个方向,轴向为图中所示的a轴方向,朝向纸面的方向为前方,背离纸面的方向为后方。
具体实施方式
本发明提供了一种可多角度磁性连接的电子模块和模块化电子构建系统。本发明提供的电子模块也可称为模块或电子积木。
电子模块的具体实施方式。
图2为本发明提供的电子模块的一个实施例的立体示意图。所述电子模块包括基础模块100a,基础模块100a包括基座1、导电部2和磁体件3。所述电子模块还可以包括电器件4。基座1包括由绝缘材料制成的固体结构件,用于作为支撑件。所述基座1可用作电路板的绝缘部分,所述电路板可以是印刷电路板(printed circuit board, PCB)。所述电子模块中可以任意添加更多的组件,现有的组件也可以被修改或省略。也就是说本实施例的电子模块可以只有基础模块100a(例如图1所示的基础模块100a),也可以由基础模块100a与电器件4或其它组件构成。图6和图7分别是另外的基础模块的示意图,这些基础模块也可以作为电子模块使用。
基座1作为基础模块的绝缘基底,而由其形状确定了相应基础模块的基本形状。基座1包括N个管脚部12和连接N个管脚部12的连接部11,且N为大于等于2的整数,通常为2至10。这样的基础模块称为多管脚基础模块,相应的电子模块则称为多管脚电子模块。
在一些实施例中,管脚部12与连接部11为一体连接,也即基座1为一体式结构件;在其他实施例中管脚部12与连接部11也可以分体连接。管脚部12横截面的外轮廓可以是圆弧形、矩形或多边形(例如五边形或六边形)等。所述N个管脚部12以基座1,比如连接部11,的中心为端点(该端点称为中心端)呈放射状分布。也就是说,连接部11为N叉型,其各个分支的另一端(也称自由端)分别与N个管脚部12中的相应一个管脚部12对应相连。在一些实施例中,基座1的顶面和底面平行,整体厚度一致。在其他一些实施例中,基座1的各个管脚部12之间的厚度可以不一致。基座1的连接部11可以是平板形状或其它立体形状,如拱桥形等。进一步地,基座1的横截面的形状为旋转对称图形。比如,以基座1连接部11的中心端为旋转对称中心,相邻管脚部12之间的夹角为360/N度。
基座1的管脚部12在其板体的厚度方向设有通孔12-1。通孔12-1可设置在管脚部12的中央部位处。
磁体件3可由钕铁硼等强力永久磁体的外表面覆盖一层金属镍制得。基座1的每个管脚部12的通孔12-1内各设有一个磁体件3,其外轮廓的形状与所述通孔12-1的形状相适应。磁体件3的高度与基座1的管脚部12的板体的厚度基本相同或者凸出于对应的顶面和底面表面以提供不同电子模块之间的机械和电连接。一般来说,通孔12-1的横截面为圆形。在一些实施例中,磁体件3为实心圆柱形。在另外一些实施例中,磁体件3为中空圆柱形(可称为圆环柱形),即磁体件3自身也在径向上设有沿轴向的通孔(指通孔的横截面是圆形的情形),该通孔的横截面还可以是椭圆形、三角形、矩形、多边形等。当通孔的横截面是椭圆形、三角形、矩形或多边形等时,其通孔的朝向均与平板状基座1的板面的垂直方向相同,故也可将通孔的朝向简称为垂直方向。以下在提到圆柱形通孔的轴向时,相对于其它实施例中横截面是椭圆形、三角形、矩形或多边形的通孔则是指通孔的朝向,也即垂直方向。
导电部2的个数与管脚部12的个数相同,即N个。每个导电部2对应一个管脚部12,并与其相对应的管脚部12的通孔12-1内的磁体件3电连接,即位于基座1同一端的导电部2和磁体件3相互之间电连接。各个导电部2之间互不连通。每个导电部2包括设置在基座1表面的部分和设置在通孔12-1内的部分。其中,设置在通孔12-1内的部分与磁体件3电连接,设置在基座1表面的部分可用于与电器件4建立电连接。在一些实施例中,各个导电部2设置在基座1表面的部分可位于基座1的同一面(如顶面),并且基座1的连接部11的顶面的中央部位留有绝缘部分13,这样,各个导电部2之间不连通。在一些实施例中,导电部2在基座1表面的部分也可位于基座1的顶面、底面和/或侧面。在一些实施例中,导电部2设置在基座1表面的部分的外表面上可覆盖有绝缘材料。
在一些实施例中,导电部2为覆铜层。比如,各个导电部2设置在基座1表面的部分能覆盖基座1顶面除了绝缘部分13的所有面积。在其他实施例中,导电部2可以是导线、印刷电路或其他导电装置。
作为具有磁性和导电功能的磁体件3可与设置在其他电子模块的管脚部12处的磁体件3通过磁性作用而使其所在的管脚部12在轴向上堆叠,同时可在相吸而相互接触的两个模块的管脚部12之间建立电连接。还可将相吸而相互接触或靠近的两个模块的磁体件3同时作为旋转中心,让两个独立的模块以磁体件3所在位置为中心沿轴线自由旋转。在一些实施例中,以磁体件3为中心,旋转角度为0度到360度。
电器件4由其管脚个数(或输入和输出接口个数)而选择与具有相应个数的管脚部12的基础模块相连接,也即电器件4的管脚个数与基础模块的管脚部12的个数相同,也即与导电部2的个数相同。电器件4的每个管脚对应电连接一个导电部2。这样,在所述多管脚电子模块中,通过每个导电部2将对应的管脚部12内的磁体件3与电器件4的一个管脚建立电连接,作为电子模块整体,其N个磁体件3可作为触点连接到更大的电路中(如与其他本发明提供的电子模块相连),实现电器件4的功能。
实施例1、电子模块。
具体地,图1至图3为本发明实施例1的立体示意图,图4为本发明实施例1的正视图。如图所示,实施例1的电子模块为双管脚电子模块100。该双管脚电子模块100包括基础模块100a,基础模块100a包括基座1、导电部2和磁体件3。
所述的基座1的形状是一字型平板状(也可称为骨棒型)。基座1由一体连接的管脚部12和连接部11构成。所述管脚部12有两个,位于基座1的长度方向的两端,图中表现为基座1左端和右端的扁状圆环柱形(也即中空的圆柱体形)结构。所述连接部11位于基座1的中间,并连接两个管脚部12,图中表现为基座1中间的长条形平板状结构。每个管脚部12处均设有一个呈上下方向设置的也即在厚度方向贯通基座1的板体的圆柱形的通孔12-1。
所述的基础模块的导电部2有两个,每个导电部2与基座1的两个管脚部12的相应一个相对应。各个导电部2均为覆铜片,且各个导电部2同时设置在基座1的顶面和底面和通孔12-1的内壁(侧面不设置),位于基座1的顶面的部分称为导电部上部21,位于基座1的底面的部分称为导电部下部22,导电部2在位于管脚部12的通孔12-1内壁的部分称为导电部孔内部23。导电部上部21与导电部孔内部23连通,导电部下部22与导电部孔内部23连通。在另外的实施例中,导电部2可只设置导电部上部21和导电部孔内部23,或者只设置导电部下部22和导电部孔内部23。
基座1的连接部11的顶面的位于中央的部位不覆盖导电部2且向上方露出,同时,基座1的连接部11的低面的位于中央的部位不覆盖导电部2且向下方露出,该两个露出部位作为隔离两个导电部2的绝缘部13,也即两个导电部2相互不接触。
所述基础模块的磁体件3有两个。各个磁体件3分别设置在基座1的相应一个管脚部12的通孔12-1内。各个磁体件3同时与导电部孔内部23相接触而电连接,通过磁体件3表面导电。也即磁体件3既有磁性,又能导电。
图4A为磁体件3的立体示意图。图4B示出了所述双管脚电子模块100的磁性情况。在一些实施例中,两个磁体件3置入电子模块100的磁极朝向相同。在另一些实施例中,两个磁体件3置入电子模块100的磁极朝向可以不同,取决于最终所要搭建的电路或者模块化电子系统。
磁体件3可使所述双管脚电子模块100与其他本发明提供的电子模块相连接。磁体件3可作为不同模块间的磁极化和锁定部件。例如,每个模块中的所有磁体件3可使模块的顶面具有相同极性的表面磁极,模块的底面则具有另一种相同极性的表面磁极。当两个模块的基座1的相对应的各自一个管脚部12沿轴线a的方向连接和堆叠在一起的时候,由于两个模块中的磁体件3的不同极性间的吸引作用,这两个模块对应的管脚部12必须只能以一个特定的方式,即正确的方式,进行磁性连接。根据这种设置,两个模块不可能以错误的方式连接(例如错误的将一个模块的按照不期望的方式倒置),这是因为两个不同模块的相同极性会彼此排斥。
这样,通过在每个模块的基座1的管脚部12内设置类似的(或基本上相同的)磁体件3,多个模块可以通过磁性作用在轴线方向上叠放。进一步地,相吸而相互靠近或接触的两个磁体件3同时可作为旋转中心,让两个独立的模块以磁体件3所在部位为旋转中心自由旋转。这样,本发明提供的电子模块之间,可以以任意角度连接,以使用户/玩家/制作人员可以有喜欢的角度方便快捷并且准确地将不同的模块连接起来。
另外,磁体件3可使所述双管脚电子模块100与本发明提供的其他电子模块进行电连接。例如,将某一模块的基座1的管脚部12与另一模块的基座1的管脚部12沿轴向相互靠近,在极性相反时两个模块可通过磁力作用贴合在一起。这两个模块的各自的相应的导电部2则可以通过相吸而相互接触的两个磁体件3电连接,即实现这两个模块的电连接,从而连通电路。
回到图2和图3,电器件4为所述双管脚电子模块100的功能部件,可以是电子芯片、电子元件或电子设备。电器件4可包括导线、LED发光二极管、灯泡、电路开关、电阻、电容、电感、直流电机、蜂鸣器、扬声器、光敏开关、或可变电阻等模拟电路及数字电路中可能出现的任何电路器件。电器件4的两个管脚分别和两个导电部2电连接。两个导电部2可作为电器件4的输入、输出接口。当所述双管脚电子模块100接入到电路中时,即可实现电器件4的功能。
图1至图3所示的双管脚电子模块100的基座1的连接部11的长度方向上的截面形状为矩形,即所述基座1的顶面与底面平行,各处厚度一致。然而,在其他一些实施例中,基座1的管脚部12的厚度可以不同。基座1的连接部11可以是不完全与管脚部12具有相同厚度的立体形状,如拱桥形等。例如,图5A和图5B为双管脚电子模块100的基座1的两种形态的正视图。如图5A所示,基座1的两个管脚部12的厚度一致,基座1的连接部11的中间部分高于两个管脚部12,在正视图中表现为平台对称式凸起形(接近拱桥形)。如图5B所示,基座1整体呈台阶状,其右端的管脚部12比左端的管脚部11厚一些,基座1的连接部11的正视形状为左上角缺角的矩形。
实际上,可以制造形态各异的基座1,以满足用户的创造需要。在一些实施例中,当基座1的管脚部12的通孔12-1的横截面形状基本一致,并允许各个模块通过磁体件3在对应的管脚部12间建立磁性连接,则基座1可根据需要制成各种形状。
实施例2、电子模块。
图6为本发明实施例2的立体示意图。如图6所示,实施例2的电子模块为三管脚电子模块200,三管脚电子模块200包括基础模块,所述的基础模块包括基座1、导电部2和磁体件3。三管脚电子模块200还可以包括电器件4。
所述基础模块的基座1的形状是Y型平板状旋转对称形。在一些实施例中,基座1的三端也可不均匀分布,形成其它的三叉状。
所述的Y型平板状旋转对称形的基座1包括一体连接的连接部11和管脚部12。连接部11由3个分支板体构成,各个分支板体的形状和大小相同,相邻分支板体之间呈120度的夹角,旋转对称中心位于连接部11的中央部位,也即基座1的中央部位处。所述管脚部12有三个,各个管脚部12位于基座1的连接部11的相应一个分支板体的自由端处。各个管脚部12在板体的厚度方向上设有通孔12-1。
所述基础模块的导电部2为设置在基座1的顶面的覆铜层,导电部2有3个,每个导电部2与基座1的三个管脚部12中的相应一个相对应。基座1的连接部11的顶面的位于中央的部位不覆盖导电部2且向上方露出,该部位作为隔离各个导电部2的绝缘部13,也即三个导电部2并不连通。绝缘部13可以是三叉形。在其他实施例中,导电部2也可以是导线。在一些实施例中,部分导电部2外部可裹有绝缘材料。
所述的基础模块的磁体件3有3个。各个磁体件3分别设置在基座1的相应一个管脚部12的通孔12-1内。磁体件3与相应的导电部2电连接,从而可使所述三管脚电子模块200与本发明提供的其他电子模块同时实现磁性连接和电连接。
电器件4为所述三管脚电子模块200的功能部件,可以是电子芯片、电子元件或电子设备。电器件4可包括三极管,场效应管或单刀双掷开关等模拟电路及数字电路中可能出现的任何三管脚器件或需要三个输入/输出接口的电器件。电器件4的三个管脚中的每个分别与三个导电部2的相应一个电连接。当所述三管脚电子模块200接入到电路中时,即可实现电器件4的功能。
实施例3、电子模块。
图7为本发明实施例3的立体示意图。如图7所示,实施例3的电子模块为四管脚电子模块300,该四管脚电子模块300包括基础模块,所述的基础模块包括基座1、导电部2和磁体件3。所述四管脚电子模块300可作为电路板,用于搭建电路或模块化电子系统。所述电子模块中可以添加更多的组件,现有的组件也可以被修改或省略。例如,本实施例的四管脚电子模块300还可以包括电器件4。
所述的基础模块的基座1的形状是十字型平板状旋转对称形。在一些实施例中,基座1的四端也可不均匀分布,形成其它四叉状。
所述的十字形平板状旋转对称形的基座1包括一体连接的管脚部12和连接部11。连接部11由4个分支板体构成,各个分支板体的形状和大小相同,相邻分支板体之间呈90度的夹角,旋转对称中心位于连接部11的中央部位,也即基座1的中央部位处。所述管脚部12有四个,各个管脚部12位于基座1的连接部11的相应一个分支板体的自由端处。各个管脚部12在板体的厚度方向上设有通孔12-1。
所述四管脚电子模块300的基础模块的导电部2为设置在基座1的顶面的覆铜层,导电部2有4个,每个导电部2与基座1的四个管脚部12中的相应一个相对应。
所述四管脚电子模块300包括四个磁体件3。所述磁体件3与实施例1中的磁体件3相同。每个磁体件3分别设置在基座1的四个管脚部12的相应一个通孔12-1内。
电器件4可包括模拟电路及数字电路中可能出现的任何四管脚器件。电器件4的四个管脚中的每个分别与四个导电部2中的相应一个电连接。当所述的设有四管脚电器件4的四管脚电子模块300接入到电路中时,即可实现电器件4的功能。
本实施例未述及的其余部分与实施例1相同。
电子模块的其他实施例。
类似地,本发明电子模块的其他实施例还可包括五管脚电子模块、六管脚电子模块等多管脚电子模块。在一些实施例中,可预先提供基础模块(即基座1、导电部2和磁体件3),再将电器件4(如通过焊接或钎焊)与导电部2连接,组装起来即可形成一个多管脚电子模块。任何合适的电子芯片(或IC芯片)可以通过预先组装或以其它方式集成到相应模块的导电部2。电器件4可位于基座1的顶面、底面、侧面等任意合适的方位。电子芯片的例子可以包括但不限于:微控制器单元(micro-control unit,MCU,位,16位和32位),ARM CPU,MIPSCPU,USB2TTL,以太网,RS485,USB主机,2.4GHz无线,433兆赫无线,866兆赫无线,950兆赫无线,WiFi,蓝牙,Zigbee,近距离无线通信(NFC),Micro SD,GPS,GPRS/GSM,4G/LTE,无线充电器,MP3解码器,放大器,有机发光二极管(OLED),电机驱动器,步进驱动,实时时钟,加速计,陀螺仪,磁场强度测量仪,锂电池管理器,双连接板,Arduino到Microduino的引脚转换,皮肤电流传感器,砷探测器,电阻器,电容器,电感器,和/或其他设置在相同或不同的模块中用于制作所希望的模块化电子构建系统的芯片。
图8为本发明电子模块的补位模块的立体示意图。如图8所示,补位模块400包括座体5和磁体件3。补位模块400也可称为单触点模块。在一些实施例中,补位模块400还可包括导电部2(未显示)。所述补位模块400可作为补位单元与多管脚电子模块连接。
所述补位模块的座体5可以是仅包括管脚部的部件,形状与其他多管脚电子模块的管脚部12相适应。所述座体5在厚度方向(即轴向)设有通孔5-1。所述磁体件3设置在所述通孔5-1内。在一些实施例中,所述导电部2可以是覆在座体5顶面和通孔内部的覆铜层,与所述磁体件3电连接。
在一些实施例中,所述补位模块400可通过磁体件3与位于其他电子模块的管脚部12处的磁体件3通过磁性沿轴线方向吸合在一起,并产生电连接。在一些实施例中,所述补位模块400的磁体件3上可盖有绝缘层,这样,当所述补位模块400与其他电子模块通过磁性沿轴向吸合在一起时,可隔断与其吸合的电子模块的电连接。
在搭建模块化电子系统时,待连接的两个模块的管脚部12可能在水平方向上处于同一位置,然而垂直方向上处于不同的高度。此时,一个或多个所述补位模块400可用于在垂直方向上补足高度,并根据需要导通或隔断这两个待连接模块间的电连接。
图9和图10为所述补位模块的使用状态示意图。如图9所示,补位模块400与双管脚模块100的基础模块100a的一个管脚部12的轮廓形状相适应,在磁体件3的作用下沿轴向竖直叠放。图10所示的3个补位模块400-1至400-3与双管脚模块100的基础模块100a的一个管脚部12的轮廓形状相适应,在磁体件3的作用下沿轴向竖直依次叠放。在一些实施例中,补位模块400与双管脚模块100的厚度可以相同或者不相同,以方便建立所需要的模块化电子系统。图中所示的情况为两者厚度相同。图9示出了用一个补位模块400为双管脚模块100的基础模块100a靠右端的管脚部12增加了一个补位高度的情况。图10示出了用3个补位模块400-1至400-3为双管脚模块100的基础模块100a增加了3个补位高度的情况。
图11为双管脚模块100的基础模块一种变体的立体示意图,示出了基础模块100b的基座1和磁体件3。所述基座1包括两个管脚部12和一个连接部11。两个磁体件3分别设置在相应管脚部12的通孔12-1内。所述双管脚模块100的基础模块100b还可包括塑胶套6,用于覆盖管脚部12并暴露磁体件3的顶面和底面。所述双管脚模块100的基础模块100b还包括导电部2(未画出)。
图12和图13为图11所示的基础模块的装配示意图,示出了装配磁体件3和塑胶套6的情况。图14A至图14C分别为图11中的磁体件3的立体图、俯视图和正视图。如图所示,磁体件3为异形磁体件,可包括上圆柱体部31,中圆柱体部32和下圆柱体部33。
中圆柱体部32的形状与管脚部12的通孔12-1的横截面和厚度相适应。上圆柱体部31和下圆柱体部33是磁体件3凸出于基座1顶面和底面的部分。上圆柱体部31和下圆柱体部33的横截面圆的直径小于中圆柱体部32的横截面圆的直径。上圆柱体部31和下圆柱体部33的横截面圆的直径可以相同并与塑胶套的开口部分的直径适应。磁体件3嵌入管脚部12的通孔12-1内后,中圆柱体部32的顶面与基座1的顶面在同一水平面。通孔12-1还可包括在靠近连接部11的方向凹进的长方体形的上下贯通的凹槽12-2。所述凹槽12-2在安装磁铁件3时可提供形变缓冲。
图15A至图15D分别为图11中的塑胶套6的立体图、俯视图、正视图和左视图。如图所示,塑胶套6有中空结构,且所述中空结构是为配合管脚部12和磁体件3的形状设计的。具体来说,塑胶套6由底部62、顶部61和半圆柱壳部63组成。其顶部61和底部62的中央部分具有上下向的圆柱形的通孔,且该两个通孔同轴线设置,共同组成塑胶套的中央通孔64,且该中央通孔64的直径与磁体件3的上圆柱体部31和下圆柱体部33的直径相适应。塑胶套6的半圆柱壳部63将顶部61和底部62相连在一起,塑胶套6设有轴向高度与管脚部12的厚度相适应的侧面开口部65,侧面开口部65的开口角度为180度。在顶部61的右边缘至中央通孔64处设有与上圆柱体部31的形状相适应的上凹槽66,在底面的右边缘至中央通孔64处,设有与下圆柱体部33的形状相适应的下凹槽67。安装塑胶套6时,磁体件3通过上下凹槽至中央通孔64处被弹性固定,同时塑胶套6也在其中央通孔64处被磁体件的上圆柱体部31和下圆柱体部33限制,不易向外脱出。
基座1的的两个管脚部12的每个端部是轮廓为半圆柱形的嵌入部12-3,且该嵌入部12-3的中部设有缺口12-4,用于安装塑胶套6时起定位作用。缺口12-4的形状可以是三角形、正方形、矩形等。管脚部12的靠近连接部11的部位的形状为在前后分别凸出的呈圆弧状的凸出部12-5,所述凸出部12-5的半径大于所述嵌入部12-3的半径。管脚部12在嵌入部12-3与凸出部12-5的交接处形成了两个矩形面12-6,该矩形面12-6可与塑胶套6的半圆柱壳部63的径向厚度配合。装配时,塑胶套6将侧面开口部65对准管脚部12,其上凹槽66和下凹槽67对准管脚部12的缺口12-4进行装配,覆盖管脚部12的顶面、底面以及磁体件3的上圆柱体部31和下圆柱体部33的侧面部分。本实施例未述及的其余部分与实施例1相同。
类似地,三管脚模块200和四管脚模块300的管脚部12,补位模块400的座体5均可采用与图11至图13所示的管脚部12的形状,多管脚模块和补位模块内嵌的磁体件3的形状也可采用图14A至图14C所示的形状,多管脚模块和补位模块也可包括图15A至图15D所示的塑胶套6。
模块化电子构建系统的具体实施方式。
本发明提供了一种模块化电子构建系统,也可称为电子积木系统,可包括多个上文所述的电子模块,如图1至图3和图6、图7所示的电子模块(包括可以作为电子模块的基础模块)。所述模块化电子构建系统中的每个模块可执行一个或多个单独的功能(例如,一个LED,一个按钮,一个光传感器等),并且可以组合这些模块以创建更大的电路。一些模块可以对外部事件做出反应,诸如机械力,触摸,近距离,射频信号,环境条件等。其它一些模块可被预编程设为功能模块,如合成器,振荡器等。还有一些模块可以简单地用于传递电流,如与导线功能相同的模块。其它一些模块可用来提供电流,如电源块/电源模块。该系统还可以包括,例如,适配器板,用于和其他电子模块构建系统(电子积木式系统)和接口适配。
所述模块化电子构建系统中的电子模块可通过磁体件3的磁性作用在管脚部12位置垂直堆叠(沿管脚部的轴线堆叠)。并且,所述模块化电子构建系统中的电子模块互相之间可以电连接。具体地,磁体件3可用于在堆叠的相邻模块之间传递电流。
在一些实施例中,所述模块化电子构建系统中的多个电子模块的管脚部12的厚度可以相同,形状相适应,且其中内嵌的磁体件3的大小形状也互相适应,方便组合,有利于搭接更大的电路。进一步地,相同管脚部个数的电子模块的连接部11形状可以相同,不同管脚部个数的电子模块的连接部11的宽度可以相同,方便对多个电子模块进行任意组合。
在一些实施例中,多个模块的磁体件3为中空圆柱形,即磁体件3自身也设有垂直方向(沿磁体件的轴向设置)的中空结构。多个模块的磁体件3的中空结构使得任何数量的模块的管脚部12和/或补位模块400可以很容易在垂直方向上固定和堆叠,例如,用尼龙绳或标准螺钉(如M3螺钉)穿过模块中相应的磁体件3的中空结构。这样,各个模块间不仅可通过磁性作用固定,这种设置可进一步固定所需数目的模块的位置。
实施例4、模块化电子构建系统。
图16为本发明实施例4的立体示意图。如图所示,本实施例的模块化电子构建系统包括三个双管脚模块100-1至100-3。模块100-1与模块100-2通过各自管脚部12的磁体件3在接触点101处磁性吸合并实现电连接,模块100-2和模块100-3通过各自管脚部12的磁体件3在接触点102处磁性吸合并实现电连接。此时,模块100-1、100-2和100-3是串联的。图中示出的是各个模块相互间呈90度设置的情况。在不同的实施例中,模块100-1可以以接触点101为支点转动到任意角度。同样的,模块100-3可以接触点102为支点转动到任意角度,以适应相应的电路构成的需要。
实施例5、模块化电子构建系统。
按照类似的原理,所述模块化电子构建系统可以继续衍生。图17为本发明的实施例5的立体示意图,本实施例的模块化电子构建系统包括六个双管脚模块100-1至100-6。其中,模块100-2、100-3和100-4组成串联电路,再与模块100-6并联。模块100-2、100-3、100-4和100-6在图中显示为正方形。实际使用时,由于仅在4个管脚部12通过磁体件3相连,根据四边形的不稳定性,这个四个模块可随意形成不同角度的四边形如平行四边形,以适应相应的电路构成的需要。在一些实施例中,当每个模块(模块100-1至100-6)的厚度相同时,图示系统可包括三个厚度单位,模块100-2和100-4在最高层,模块100-1、100-3和100-5在中间层,模块100-6在最低层。
实施例6、模块化电子构建系统。
图18为本发明实施例6的立体示意图,本实施例的模块化电子构建系统包括了三个双管脚模块100-1至100-3和一个补位模块400。补位模块400在模块100-2和100-3的两个管脚部12之间做了高度补位。在一些实施例中,由补位模块400的磁体件3分别与模块100-2和100-3的相应管脚部的磁体件3电连接,从而实现了模块100-2和100-3之间的电连接。根据三角形的稳定性,图示的模块组合可以形成固定形状的三角形。在一些实施例中,当每个模块(模块100-1至100-3以及补位模块400)的厚度相同时,图示系统可包括三个厚度单位,模块100-2在最高层,模块100-1在中间层,模块100-3在最低层。此时,模块100-2和模块100-3在接触点103处的管脚部12虽然处于同一水平位置,但垂直方向上处于不同的高度。将补位模块400置于模块100-2和100-3中间,就起到了高度补位作用。
实施例7、模块化电子构建系统。
图19为本发明实施例7的立体示意图,本实施例的模块化电子构建系统包括了两个补位模块400-1和400-2,五个双管脚模块100-1至100-5,一个三管脚模块200和一个四管脚模块300。在一些实施例中,当每个模块(补位模块400-1和400-2、模块100-1至100-5、模块200和模块300)的厚度相同时,图示系统共有四个厚度单位,从高到低第一层包括模块100-2和100-4,第二层包括模块100-1、100-3和100-5以及补位模块400-1,第三层包括模块200和补位模块400-2,第四层包括模块300。为了补偿模块100-4和模块300之间的高度,插入了两个补位模块400-2和400-1。
实施例8、模块化电子构建系统。
图20为本发明的实施例8的立体示意图,本实施例的模块化电子构建系统包括了依次串联的四个双管脚模块100-1至100-4。其中,模块100-1的电器件4为电阻4-1,模块100-2的电器件4为LED灯4-2,模块100-3的电器件4为开关4-3,模块100-4的电器件4为电池组4-4。当模块100-3的开关4-3为打开状态时,电路接通,图中的虚线示意了电路中的电流7的流动情况。模块100-1和100-4在接触点101通过各自的磁体件3相吸合,并同时实现了两个模块的固定物理连接和电连接。类似地,相邻的两个模块均可通过各自管脚部12的磁体件3相吸合,并实现固定物理连接和电连接。
模块化电子构建系统的其他实施例。
图16至图20仅给出了本发明模块化电子构建系统的少量实施例。通过本发明提供的电子模块构建方式,多管脚模块可以较好适应不同输入输出接口个数的电器件,补位模块可在高度上补位并且磁性限位相连的电子模块,以及在需要的情况下可选择地接续或隔断其上下模块间的电连接。这样,本发明提供的电子模块可便捷实现各种功能并互相连接。另外,通过本发明提供的连接方式,各个模块不仅可以在垂直方向(铅垂方向)延伸,也可以在水平方向延伸,各个模块间的角度可根据用户/玩家/制作人员的喜好或需要来调节,为系统搭建提供了很多创造空间和趣味性。
所述的模块化电子构建系统可以给未成年人和成人做游戏,创造和设计的空间,很容易的将所需的电子模块结合到玩具,项目和工程中。在这种方式下,独立的模块可以使具有很少或没有电子器件或编程经验的用户来构造基本和复杂的产品,例如传感器和/或可交互的模拟和数字电路。所披露的模块可重复使用,可重新安排;从规模上说,从小而简单的电路到大而复杂的电路均可构建实现;并且也足够精密使得操控各模块可以做出复杂的性能设计。
另外,这些模块可以形成系列的电子元件用来创建更大,更复杂的部件或系统。事实上,一个用户/玩家/制造商几乎可以无限扩充模块的系列,向他们的模块库中添加任何需要的新组件。用户甚至可以创建自己的模块,并将其添加到自己收藏的系列中。
在一些实施例中,包含了所需数量模块的模块化电子构建系统可以作为单套产品或单个组合进行商业化。所述单套产品可以包括一个或多个不同的模块或不同类型的模块,以及存储这些模块的容器,还可以进一步包括配件,说明材料,或其它适当的部件。单套产品可以包括旨在以若干组合(包括单个组合)进行组装并执行各种功能的多个模块。单套产品还可以针对特定年龄组设计,例如,相比于针对高中水平的产品,针对小学水平的产品可包括较少的和/或较不复杂的模块。
因此,有不同功能的不同模块可以通过数以千百计的组合形成不同的电路,各个元件直接即时反应,并且无需任何编程,焊接或电路装配。用户无需编写任何代码,通过手动操控元件就能够设计电路的性能。
在模块系列中可选择预编程和预装配的模块,这样无需编程和电子知识,即可构建作为复杂的产品原型或电路的模块化电子构建系统。另外,每个模块可以具有不同的颜色,以进一步区分彼此,并给用户提供更好的体验。
进一步地,用户无需编程逻辑和电路构建方面的专业知识,可以使用特定的应用程序将预先写好的代码复制到模块来创建自己的功能模块。例如,可以预先准备所有需要的程序代码,让用户可从网络(例如,一个网站)上复制并粘贴到有蓝牙连接功能的模块中。
更进一步地,可以为产品或设备添置发光部件、发声部件、按钮和其他电子部件,让孩子们、青年学生、设计师、非工程师以及其他缺乏必要经验的人可以很容易的操作。对非专业人士来说,以经济有效的方式让电子产品变得更容易理解和运用。所披露的模块和系统可提供一个平台用来加强学习、用于实验和促进创新。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,任何本领域的技术人员能思之的变化,都应落在本申请的保护范围内。