CN108712923A - 具有可变体积显示器的电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明被分类为具有可变体积显示器的电子装置，该电子装置包括被一组外围元件围绕的中心元件，外围元件具有平坦的表面，可以移动且可以围绕中心元件转动；其中，每一个外围元件具有在其外表面上的至少一个显示器、位于所述外围元件的内表面上的接触组、以及与安装在所述外围元件内的电源相连接的微处理器；整个装置可以被用于训练、教育或者数据可视化。根据本发明，每一个外围元件都具有个体微处理器，个体微处理器与它自己的电源相连接，微处理器和电源都位于所述外围元件的内部，并且所述外围元件的接触组由磁体形成，所述磁体能够将相邻的外围元件约束在一起，并同时在这些相邻的外围元件之间传输电信号。所实现的技术效果是所述装置增强的可靠性及更长的使用寿命。

Description

具有可变体积显示器的电子装置
本发明的技术领域
本发明被分类为具有可变体积显示器的电子装置，包括被一组外围元件围绕的中心元件，外围元件具有平坦的表面，可以移动且可以围绕中心元件转动；其中，每一个外围元件具有在其外表面上的至少一个显示器、位于所述外围元件的内表面上的接触组、以及与安装在所述外围元件内部的电源相连接的微处理器；整个装置可以被用于训练、教育或者数据可视化。
在本文中会使用如下术语：
-可变显示器，是由各个体的较小显示器所组成的显示器，各个体的较小显示器相对于彼此可重新定位；
-外围元件，是所述装置的一元件，与中心元件的不同之处在于，外围元件位于所述装置的外侧，并且总是可见的；
-外围元件的外表面，是外围元件的平坦的表面，面向用户；
-外围元件的内表面，是外围元件的平坦的表面，避开用户，也就是说面向中心元件。
背景技术
目前，存在很多装配有显示器的电子装置。此种装置可以被用于各种目的，特别地，用于图形数据呈现、教育以及娱乐，包括作为智力游戏的使用。
从现有技术中已经知道一电子装置，该电子装置具有可变体积显示器，并包括被一组外围元件围绕的中心元件。外围元件具有平坦的表面，可以移动且可以围绕中心元件转动。每一个外围元件具有在其外表面上的至少一个显示器以及在其内表面上的接触组。该装置具有与安装在所述外围元件内部的电源相连接的微处理器，见美国专利说明书，号8465356B2，2013年6月18日公布。在该专利说明书的技术本质中，所述装置与所要求的本发明最为接近，本文中，将会讨论与该装置的不同。
该装置的缺点在于，它的外围元件通过轴的方式固定在中心元件上(正如被称为鲁比克魔方的知名智力游戏)，这使得外围元件容易受到磨损的影响。而且，该装置仅包括一个微处理器(或者最小数量的微处理器)，并且，如果微处理器故障或者与显示器的连接断开，该装置彻底停止工作。该装置还具有单一的位于中心元件中的电源，如果该电源故障，则会停止工作，直到电源被充电。
另外，需要注意的是，如果该装置被用作训练或者游戏单元，当需要关于该装置元件的相对位置的信息时，则需要陀螺仪和加速计。此种额外的元件使设计变得复杂并可能发生故障，因此负面地影响了该装置的可靠性和使用寿命。
进一步地，该装置的运行需要在装置元件之间的数据传输，这些装置元件被装配有显示单元。这样则增加了机械设计的复杂性，并且增加了接触组失败的可能性。为了并行数据传输，需要大量的此种组，否则，如果数据通过少量的接触进行串行传输，则该装置的运行会变慢。
因此，背景技术的问题是在运行期间所述装置的元件的磨损及其相对低下的可靠性。
本发明的简要内容
本发明的主要目的是提议具有可变体积显示器的电子装置，以保证装置增强的可靠性及更长的使用寿命，这针对技术问题。
为了实现该目的，每一个外围元件都具有其自己的由个体电源供电的微处理器。微处理器和电源都位于所述外围元件的内部，并且所述外围元件的接触组由磁体形成，磁体以此种方式被制成：它们能够将相邻的外围元件约束在一起，并同时在这些相邻的外围元件之间传输电信号。
由于这个有益的设计特点，不使用受限于磨损的轴或其它移动性元件来制造所述装置，则成为可能。特别地，所述装置可以由仅通过磁力相互连接在一起的各个体元件所组成。
本发明存在一变形，其中，各所述磁体以在球形套筒中的球的形式所制成，并且能够围绕它们的中心旋转。
由于这个有益特点，则有可能个别地转动各磁体并改变它们的空间定位，从而匹配与另一个元件的磁体相作用时所需的极性。
在本发明的另一个变形中，磁体被制成球且被固定在具有专用领部的接触组上，该领部将磁体约束在适当的位置，而又允许磁体围绕它们的中心旋转。
这个特点提供了磁体独立旋转且它们的空间定位改变的可替代选择的可能性，从而匹配与另一个元件的磁体相作用时所需的极性的。
根据现有技术中具有相似目的的装置，是无法得知所提议的本发明中的全部显著特点。这样则允许得出本发明对应新颖性标准的结论。当各磁体根据所需的极性自动对齐时，该各磁体的用处不仅在于使得各个元件相互连接，而且在于传输电信号，对于本领域的专家来说，这样的用处表明了本解决方案的非显而易见性。继而，它也论证了与本发明创造水平的一致性。
附图简要说明
根据该说明，本发明的其它区别特征和优点是清晰的，其出于示例的目的而呈现，而并非用于限制。该说明涉及到各附图，其中：
图1显示了根据本发明的具有可变体积显示器的电子装置的整体视图，为2×2×2版，静态；
图2显示了根据本发明的具有可变体积显示器的电子装置的整体视图，为2×2×2版，处于变形过程中(各元件重新定位)；
图3显示了根据本发明的具有可变体积显示器的电子装置的整体视图，为2×2×2版，具有局部剖视以允许显示中心元件；
图4显示了根据本发明电子装置的外围元件的整体视图；
图5显示了根据本发明电子装置的外围元件的功能性方案；
图6显示了根据本发明电子装置的外围元件连接器的区段视图；
图7显示了根据本发明电子装置所可能的设计选择的整体视图。
根据图1-7，具有可变体积显示器的电子装置包括被一组外围元件2围绕的中心元件1，外围元件2具有平坦的表面21，可以移动且可以围绕中心元件1旋转。
每一个外围元件2具有在其外表面211上的至少一个显示器3以及在其内表面212上的接触组4。
每一个外围元件2具有自己的微处理器5，该微处理器5连接至该外围元件2的电源6。微处理器5和电源6位于该外围元件2的内部。该外围元件2的接触组4由磁体41形成，磁体41以此种方式被制成：它们能够将相邻的外围元件约束在一起，并同时在这些相邻的外围元件之间传输电信号。
例如，各磁体41可以用作4个电连接器：第一个磁体是“地”连接器，第二个磁体是“+5V”电压连接器，第三个磁体和第四个磁体用作数据发送和接收的串行端口。这是接触组设计的例子。在所述连接器的不同选择中，只有其中一些连接器是有磁性的。确保数据交换的连接器可以使用不同的数据交换协议，而不仅是串行数据通信端口。
在通常的实例中，连接器的数量可以不同。
磁体41可以被制成球，安装在球形套筒42中，并能够围绕球的中心旋转。
在图5中，带有字母N和S的箭头示意性地显示了磁场的方向。可以看出，磁性球自由地对齐。一旦一个外围元件中的磁性球接近位于另一个外围元件中的磁性球，这两个磁性球开始相互作用，在球形套筒42内转动，并且，这两个磁性球的相反磁极被相互吸引到一起。这样，所述元件则被相互固定在一起。因为磁体是由导电的材料制成，所以，电流可以流过不同的元件。电路被形成了，该电路允许将电压和数据从一个外围元件传输到另一个外围元件。
在通常的实例中，可以不使用磁体或直接地将例如“地”接触元件连接到中心元件。
还需要注意的是，磁体的直径比球形套筒42的直径稍小一些：有一空隙，该空隙允许磁体41朝着其它元件略微地向前移动，这样则解决了不同外围元件之间空隙不规则的问题。
在通常的实例中，球形套筒42也可以被其它专用的约束元件所替换，比如领部42，参见图6，该领部42允许磁体自由地转动，但又将磁体约束在外围元件上。
在通常的实例中，所述装置可以具有任意的形状，但是通常来说为三维多面体。该形状的典型代表是平行六面体，主要是立方体。所述装置可以由不同数量的外围元件组成。
注意组装后的电子装置的基本常用变形：
-由8个外围元件组成的立方体(2×2×2)；
-由26个外围元件组成的立方体(3×3×3)；
-由56个外围元件组成的立方体(4×4×4)；
-由一定数量的外围元件组成的平行六面体，例如2×2×3，2×3×3等；
-具有复杂形式的棱柱；
-具有梯形表面的多面体。
在不同的选择中，由于可能的设计变形，外围元件可以具有不同数量的显示器。例如，在2×2×2例子中，所有的外围元件是相同的，然而在3×3×3例子中外围元件却有两种类型。具体地，存在“拐角”元件和“侧面”元件，每一个“拐角”元件上都具有3个显示器，各“侧面”元件仅具有2个显示器。相应地，此种外围元件上的内表面的数量则可以是不同的。
在通常的实例中，外围元件可以具有额外的电子部件，特别是扬声器、麦克风及发光二极管等。
本发明实施例
具有可变体积显示器的电子装置以如下方式进行运转。我们提供了本发明实施例最综合的例子，不过需要记住的是，这个例子并不限定本发明申请的范围。
在每一个外围元件中都安装有微处理器和电源(可充电电池)，该微处理器和电源连接到该元件的外表面上的显示器。因此，每一个外围元件都是一个自治的独立单元。此种通过接触磁体而被相互磁性地固定在一起的各个外围元件，是同步的，且能作为一个整体来运行，在所有的显示器上形成共同的图像。
因此，有可能装配出完整的电子装置，该电子装置既能够在各个小的个体显示器的集合上显示一幅共同的图像，也能够在各小显示器的各个组合上显示几幅共同的图像，例如，不同的图像在整个装置的不同表面上。
本电子装置的重要特点是它的可传送性，也就是说，个体外围元件的移动性以及将各外围元件固定在新的位置而又保持该装置的整体形状的可能性(在通常的实例中，即使是整体形状也可以变形)。
当个体外围元件被转动的时候，在相邻外围元件中的各磁体断开连接，并在新的位置再次连接。磁体或者磁性连接器不仅将结构约束在一定的位置，而且还允许在元件之间传输电压和接口信号。因此，形成了用于在外围元件之间交互的电路。
所述结构的核心是中心元件。该中心元件例如可以是钢珠(在通常的实例中，材料和形状可以不同)，在外围元件围绕该中心元件转动时，该中心元件用作内支撑。
在这种状态下，当一个外围元件的内表面被带向另一个外围元件的相似内表面时，磁性球在靠近的组的磁场作用下转动。S-N/N-S极对齐，并被拉到一起，因此形成了电路。所述各个球的相同极相互面对(S-S或者N-N)的情况是不可能的，因为球没有被牢牢固定并能够在它们的套筒内旋转。
可移动且固定的磁体可以同时被使用。固定的磁体在本实例中可以被用于确保在中心球上的磁性离合。
工业实用性
具有可变体积显示器的电子装置在实践中可以由专业人士生产。生产出的装置确保所要求目的的实现，这样则有可能推断本发明符合“工业实用性”标准。
根据提议的本发明，具有可变体积显示器的电子装置的原型则可以被生产出来。为实现而选择的模型可以是2×2×2，具有中心球，该中心球被8个相同的外围元件所围绕，该每一个元件上具有3个显示器。
具有可变体积显示器的电子装置原型的测试表明：
-它确保了个体外围元件很容易的再定位；
-它确保了各外围元件相互间可靠的力学固定；以及
-确保了外围元件的可靠的电连接。
因此，所希望的目标，特别是，所述装置增强的可靠性和更长的使用寿命在本发明中已经被实现了。
本发明进一步的有益技术效果是，可以被使用：
1.作为新的游戏环境，由于其新颖性而具有吸引力；
2.作为开发玩家空间智力和认知能力的工具；
3.作为新颖的数字桌面器具，显示到来邮件/消息的通知，汇率，股票价格，天气预报，本地电影院上映的电影的信息等；
4.作为一装置，同时显示为不同用户的不同信息，例如，当参观者和接待者相互碰面并观察该装置的相互对立的表面。
附言
另外，本权利要求公开了所述装置的其它可能的特点，这些特点是在递交国际权利要求的时候被添加的，而没有在首次申请中公开。特别地，存在本发明的一变形，其中磁体被防护性导电板所覆盖，该导电板是由非磁性材料制成并且用作接触元件。
由于这种有益的特点，有一种替代方法来使磁性球自由地对齐。所述板覆盖在所述球的外侧并确保良好的连接，从而将连接表面的数量从3个(如图6中所示)减少到1个。在这个实例中，所述板自身作为导体，所述磁性球仅作为自对齐磁体。
本发明另一个可能的变形是，防护性导电板由黄铜制成。这使得确保该导电板制造的轮廓清晰成为可能。
本发明存在一种变形，其中，磁体具有连接到外围元件的铁磁导体，并被限制在外围元件的内侧上。
由于这种有益的特点，铁磁导体将会在接触瞬间被定位在所述球的磁极处。这时候，则确保了最强的磁性离合，提供了可能是最好的接触。这是本设计最为耐用的变形之一。
说明中补充有两幅额外的图：
-图8显示了根据本发明在所述实例中，所述电子装置的外围元件的连接器的区段视图，其中，磁体被防护性导电板所覆盖，该防护性导电板是由非磁性材料制成并且用作接触元件；以及
-图9显示了根据本发明在所述实例中，所述电子装置的外围元件的连接器的区段视图，其中，磁体具有连接到外围元件的铁磁导体，并被限制在外围元件的内侧上。
图中的数字表示：
44-由非磁性材料制成的导电板，以及
45-铁磁导体。
图8中可以看出，本变形具有如下的有益特点：允许磁性球41自由地对齐。板44覆盖在磁性球41的外侧，并通过将连接表面的数量从3(如图6中所示)减少为1来确保可靠的连接。板44自身用作导体，并且，球41只需要作为自对齐磁体。
图9中可以看出，铁磁导体45位于球41的对立侧。这种变形的优点是，在接触的瞬间，铁磁导体45将会被定位在球41的其中一个磁极处。这时候，则确保了最强的磁性离合，因此提供了最好的接触。
图8和图9中变形的消费者性能比图6中所显示变形的消费者性能要更好。图8中的变形具有更好的电连接质量，由于板44受制于磨损的事实，因此图9中的使用寿命则为更长的使用寿命。

Claims (7)

1.具有可变体积显示器的电子装置，包括：
中心元件；以及
一组外围元件，具有平坦的表面，能够移动且围绕所述中心元件旋转，其中，每一个外围元件具有在其外表面上的至少一个显示器以及位于其内表面上的接触组，其特征在于，每一个外围元件具有带个体电源的微处理器，所述微处理器和所述电源位于所述外围元件内，所述外围元件的所述接触组由磁体形成，所述磁体能够将相邻的外围元件约束在一起，并同时在所述相邻的外围元件之间传输电信号。
2.一种如第1段中所述的电子装置，不同之处在于，所述磁体被制成位于套筒中并能围绕中心旋转的球。
3.一种如第2段中所述的电子装置，不同之处在于，所述套筒具有球形形状。
4.一种如第2段中所述的电子装置，不同之处在于，所述磁体通过专用的领部被限制在接触组上，在使得所述磁体围绕其中心旋转时保持所述磁体。
5.一种如第2段中所述的电子装置，不同之处在于，所述磁体被由非磁性材料所制成的防护性导电板覆盖，所述防护性导电板用作接触元件。
6.一种如第5段中所述的电子装置，不同之处在于，所述防护性导电板由铜制成。
7.一种如第2段中所述的电子装置，不同之处在于，位于所述外围元件外侧上的所述磁体被铁磁导体所限制，所述铁磁导体连接到所述外围元件。
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