地球仪和天球仪的自动公转仪器

摘要

公开了一种自动公转仪器。自动公转仪器包括透明材料的天球仪，固定安装在由公转轴旋转的公转盘的上表面上；透明材料的地球仪设置在天球仪内且由与水平方向成66.5°角安装的自转轴来自转，标准的世界地图显示于其上；公转装置安装在上下面之间以使公转轴旋转；自转装置安装于公转盘中以使自转轴旋转；天球仪视图地平线设置在天球仪中以作为观察者的地平线；天顶显示部垂直地设置在天球仪视图地平线的中心以显示观察者的位置；及为使用户手动旋转地球仪而安装在自转轴末端的手动操作旋钮。本发明的设计目的是提供一种地球仪和天球仪的自动公转仪器，其可以呈现从太阳和其他恒星观看的地球位置，并可增强学生在三维空间上领会宇宙公转的科学思维力。

说明书

技术领域

[1]本发明涉及一种地球仪和天球仪的自动公转仪器，更具体地，涉及一种地球仪和天球仪的自动公转仪器，其可呈现从太阳和其他恒星观看的地球位置，并可以增强学生在三维空间上领会宇宙公转的科学思维力。

背景技术

[2]一般地，当在小学和中学的课上学习地球公转时，很难利用地球仪、天球仪等使学生在三维空间上理解地球的公转。

[3]许多家长为了教育他们的孩子而在家里备有地球仪，且调查显示仅在韩国每年就要消费大约1,500,000个地球仪。然而，学生仅理解了“地球自转”和“地球公转”的意义，但很少人能解释在空间视角中太阳目前的位置，即使他们从小学就学习了地球的自转方向或地球的公转。

[4]因而，许多类型的天球仪和地球仪被建议应有效地使学生理解地球的自转/公转、日夜的变化、季节的转换、太阳的行程(passage)和恒星的公转。

[5]公开号为10-2002-0096019的韩国专利公开了一种用于进行自转/公转的地球仪，其具有地球仪和公转单元。根据所述用于执行自转/公转的地球仪，其包括基座、支撑臂、地球仪和公转单元。基座使至少一个支撑棒的末端固定到其上，并使公转轴的末端可旋转地固定到其上。支撑臂固定到支撑棒上。地球仪的两个相对部分可旋转地固定到支撑臂以便倾斜预定角度。公转单元设置在地球仪内部并固定到公转轴上以围着地球仪的两个部分公转。同样地，公转单元根据地球仪的自转来划分夜晚和白天。

[6]在现有技术中，使用灯来划分夜晚和白天，且通过变化灯的角度来解释公转。现有技术的系统不能科学地解释公转的原理。

[7]因而，该装置的机构是复杂的。而且，太阳的高度根据每个季节和每个时段是可变的，这不能被精确地理解，并且日落和日出的时间不能被准确地分辨。

[8]此外，太阳行程上的目前的太阳位置和从水平视角可观察的目前的恒星位置不能被准确而完美地给出。

[9]更进一步地，根据季节的变化而可变的位置不能用数字给出。

[10]因此，使用传统的公转装置作为学校的课本存在许多问题。

[11]为解决所述问题而设计的本发明的目的是，提供一种地球仪和天球仪的自动公转仪器，其可呈现从太阳和其他恒星观看的地球位置，并可以增强学生在三维空间上领会宇宙公转的科学思维力。

发明内容

[12]为了实现本发明的这些目标和其它的优点，并且根据本发明的目的，如在此具体地和广泛地描述的，一种自动公转仪器包括透明材料的天球仪，该天球仪固定安装在通过公转轴旋转的公转盘的上表面上；透明材料的地球仪设置在天球仪内部并且通过与水平方向成66.5°的角度安装的自转轴来自转，标准的世界地图显示于其上；公转装置安装在上下盖内以使公转轴旋转；自转装置安装于公转盘内以使自转轴旋转；天球仪水平视图设置在天球仪中作为水平观察者的地平线；天顶显示部垂直地设置在天球仪水平视图的中心内以显示观察者的位置；以及为了使用户手动地使地球仪自转而安装在自转轴末端的手动操作旋钮。

[13]

[14]这里，该公转装置包括：公转机构，其安装在设置于下盖的向下表面上的高度调整部中，以使公转时针齿轮每12小时旋转一次；扩充齿轮，其安装在公转时针齿轮中，其螺纹10倍于公转时针齿轮的螺纹，且具有在其中心形成的蜗轮；以及公转齿轮，其比与蜗轮联动的公转时针齿轮慢730倍旋转，以使公转轴以顺时针方向在365天周期中旋转一次。

[15]自转装置包括：自转机构，其安装在固定于公转盘中的支撑部内，以使该自转时针齿轮每11小时58分钟进行一次自转；以及扩充齿轮，其安装在自转时针齿轮中以通过两倍于自转时针齿轮的齿轮的齿轮在逆时针方向上每23小时56分钟操作自转轴，23小时56分钟是地球自转的实际时间。

[16]更适宜地，支撑部被固定在公转机构中且具有固定到高度调节部上的铰链部，并且手柄设置在支撑部内用于使用户在铰链部使该公转机构从该公转齿轮中分离后能够手动操作该天球仪。

[17]此外，太阳的行程和用于显示相应于太阳的每条行程的每个日子和月份的日期显示部分形成在天球仪的表面上。

[18]地球仪以与自转轴相同的相对于水平表面以66.5°的角度安装，并且地球仪的中心位于公转轴延伸线上，并且地球仪的北极星位于自转轴的相同线上，并且天球仪的中心位于公转轴和自转轴相交汇的部分处。

有益效果

[19]根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的有益效果是，因为完美地提供了从太阳和恒星上观看的地球位置，所以能够准确地看到每个国家内的日出/日落时间，也能容易地精确地理解每个季节和每个时间的太阳的高度。

[20]此外，根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的另一个有益效果是，因为能够完美地呈现当前太阳行程上的太阳位置和恒星的位置，所以学生可以三维地理解宇宙的运动。

[21]更进一步地，根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的第三个有益效果是，因为学生可以亲眼看到地球的自转/公转和恒星每日/每年的运动，学生可以提高他们思维力。

附图说明

[22]附图阐明了本发明的具体实施方式并与本说明书一起用于对本发明的原理进行说明，所述附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解。

[23]在图中：

[24]图1是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的立体图；

[25]图2是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的分解立体图；

[26]图3是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的前截面视图；

[27]图4是描述图3中A-A线的截面图；

[28]图5描述了太阳行程和刻在天球仪上的日期；

[29]图6是描述了根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器中的公转机构和公转轴的分离状态图；

[30]图7描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的自转装置的运行状态的立体图；

[31]图8描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的公转装置的运行状态的立体图；

[32]图9是描述了太阳的行程和恒星每年的运动的图；和

[33]图10是描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的由于地球的自转和公转而产生的每天/每年运动的图。

具体实施方式

[34]现在将详细地参考本发明的优选实施例，它们的例子在附图中描述。

[35]参考图1至图10，将描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器100。

[36]图1是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的立体图，图2是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的分解立体图，图3是描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的前截面视图，并且图4是描述图3中A-A线的截面图。

[37]地球仪和天球仪的自动公转仪器100包括天球仪10、地球仪20、公转盘1、自转装置30和公转装置40。该天球仪10由透明材料制成，并且太阳行程13和无数的恒星12显示在天球仪10上。同样由透明材料制成的该地球仪20设置在天球仪10的中心，并且标准世界地图显示在该地球仪20上。公转盘1使该天球仪10旋转。该公转装置40操纵该公转盘1以顺时针方向每年自转一次。该自转装置30操纵该地球仪20以逆时针方向每23小时56分钟自转一次，这是地球自转的实际时间。

[38]该天球仪10是倾斜地固定在公转盘1的上水平表面上，并且公转轴50通过螺钉7向下地安装在公转盘1的内表面中心。同样，该自转装置30安装在公转盘1内。

[39]该公转装置40具有公转机构43、扩充齿轮45和公转齿轮42。公转机构43安装在设置于下盖6的上表面上的高度调节部41上，以每12小时操作自转时针齿轮44自转一次。扩充齿轮45与公转时针齿轮44联动，扩充齿轮45的螺纹为公转时针齿轮44的螺纹的10倍，并且具有在其中心形成的蜗轮46。公转齿轮42安装在该蜗轮46的一侧内，并具有73个螺纹以便当蜗轮46自转一囤时移动73个螺纹中的一个。因此公转齿轮42比时针齿轮44慢730倍旋转，以使公转盘1每年沿顺时针方向旋转一次。联接器41a安装在公转齿轮42的上部以使公转轴50与公转齿轮42联动。

[40]同样，支撑部48固定在公转机构43的侧部上，并具有固定在高度调节部41上的铰链部47。手柄49安装在支撑部48上以便将蜗轮46连接到公转齿轮42或将蜗轮46从公转齿轮42上分离，因此避免了在手动旋转公转盘1时损坏蜗轮46。

[41]公转装置40固定在下盖6的上部，且公转轴插入部3突起以使公转轴50插入到其中。标准设定部4形成在该公转装置40的一侧中，用以决定该公转装置40的操作标准点，且通过上盖2使手柄49在公转装置40的另一侧受到保护以便不使手柄49暴露在外。上盖2具有形成于其上的通孔8和台阶5。公转盘1和上盖2被间隔开与公转轴插入部3的高度一致的预定的距离，并且轴承51安装在该公转盘1的中心，用以使该公转盘1容易地旋转。

[42]自转装置30包括自转机构31、扩充齿轮33、自转轴35和手动操作旋钮36。自转机构31安装在支撑部37上以操作自转时针齿轮32每11小时58分钟自转一次。扩充齿轮33安装在自转时针齿轮32的一侧上，以操作自转轴35在逆时针方向上每23小时56分钟自转一次，这是地球自转的实际时间，具有两倍于自转时针齿轮32的螺纹的螺纹。自转轴35安装在该扩充齿轮33的中央以使地球仪20自转。手动操作旋钮36安装在自转轴35的一端以手动地旋转自转轴35。

[43]自转轴35相对于水平表面以66.5°的角度安装，并且地球仪20的中心位于公转轴50的延伸线上。天球仪10的北极星位于该自转轴35的相同线上，并且天球仪10的中心位于公转轴50和自转轴35交汇的部分。天球仪视图地平线21设置在该地球仪20的中心，用以显示观察者所在的地平线，并且天顶显示部22设置在天球仪视图地平线21的中心以显示观察者的位置。

[44]这里，出于方便的原因，天顶显示部22穿过韩国的首尔，并且其被固定以便在首尔观察该天球仪。

[45]如图5中所示，日期显示部14形成在天球仪10上，并显示大量恒星12和赤道线13、太阳的行程11、太阳的每个行程的一年的每个月份和日期。

[46]公转装置40、自转装置30、公转机构43和自转机构31的驱动能源来自电池。电池设置在公转盘1之内，并且该结构对本领域的任何技术人员来说都是公知的，因此其描述被省略。

[47]图5描绘了太阳的行程和刻在天球仪上的日期，图6是描述了根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器中的公转机构和公转轴的分离状态图，图7描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的自转装置的工作状态的立体图，图8描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的公转装置的工作状态的立体图，图9是描述了太阳的行程和恒星每年运动的图，图10是描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的由于地球的自转和公转产生的每天运动和每年运动的图。

[48]本发明的装配过程如下描述。

[49]首先，公转装置40和自转装置30安装在下盖6的上表面上。公转装置40包括公转轴50并以顺时针方向每年旋转该公转轴50一次。自转装置30包括相对于水平地面保持66.5°的角度的公转轴50以便在逆时针方向上每23小时56分钟使自转轴35旋转一次。

[50]此后，具有天体视图地平线21和天顶显示部22的地球仪20被安装到公转轴50，然后天球仪20被安装在公转盘1的上表面上，位于地球仪20的右侧部分内。天球仪10具有形成于其上的恒星12、赤道线13和日期显示部14。地球仪20的中心位于公转轴50的延伸线上并且北极星位于自转轴35的相同的线上。手动操作旋钮36从自转轴35的末端向外侧暴露出来并通过螺丝固定。

[51]此后，上盖2安置于下盖6上，并且通过螺丝固定以保护该公转装置40。同时，公转装置40的手柄49通过形成于上盖2上的通孔8暴露出来。

[52]如上所述，自转装置30、天球仪10和地球仪20装配到公转盘1上。在公转装置40和该上盖2相互固定住的状态下，公转轴50通过与轴承51和公转齿轮42相连的联接器41a而连接到公转装置40。

[53]下一步，将详细描述本发明的操作。

[54]首先，为了操作地球仪和天球仪的自动公转装置100，天球仪10和地球仪20在标准配置部4中根据当前的日期和时间配置。

[55]即，当公转装置40的手把49被提起并被放置在形成于上盖6上的台阶5上时，蜗轮46从安装在公转机构43上的公转齿轮42分离开而不相互啮合。从而，如图6中所示，在其上安装公转轴50的公转盘1可被手动地操作。

[56]在这样的状态下，公转盘1，在其上安装着天球仪10并连接到公转轴50，如图5中所示被手动地旋转，因此公转盘1可安置在与形成于上盖2上的标准设定部4相同的线上，以使得显示在刻在天球仪10上的太阳行程上的日期接近相对应的当前的日期和时间。在那之后，公转装置40的手柄49向下回复到初始位置以使蜗轮46啮合到公转齿轮42。因此，只有公转机构43的操作可以旋转公转盘1。

[57]下一步，手动旋钮36被调整以使安装在自转轴35上的地球仪20旋转，从而天顶显示部22可以被安置在与显示在天球仪20上的当前近似时间对应的太阳的高度。

[58]即，一旦手动操作旋钮36被旋转，地球仪20与手动操作钮36共同旋转。因此，天顶显示部22移动，其垂直地安装在该地球仪20的中心，并且天顶显示部22的位置被调整到相应于当前的时间的太阳行程12的位置。

[59]此后，电池给公转装置40的公转运动43和该自转装置30的该自转机构31提供能源，来操作该公转轴50和自转轴35。

[60]当电源被供给到公转装置40的公转机构43时，公转机构43每12小时操作公转时针齿轮44旋转一次。当公转时针齿轮44旋转时，蜗轮46与公转时针齿轮44一同旋转，其螺距数目10倍于该公转时针齿轮44的螺距数目，并且蜗轮46在同时旋转。因此，啮合到蜗轮46的具有73个螺纹的扩充齿轮45沿顺时针方向旋转一个螺距。

[61]也就是，扩充齿轮45比公转时针齿轮44慢730倍旋转。因此，在公转时针齿轮44每24小时旋转两周的情况下，扩充齿轮45移动2个螺距，从而沿使公转轴50以顺时针方向365天的周期公转一次。

[62]相应地，如果公转时针齿轮44每24小时旋转两周以使扩充齿轮45移动2个螺距，通过联接器41a啮合到扩充齿轮45的公转轴50沿着顺时针方向旋转1°。如果该公转轴50旋转1°，通过螺钉7固定到公转轴50上的公转盘1沿着顺时针方向旋转1°。因此，倾斜安装在公转盘1的上表面的天球仪10旋转1°。

[63]结果，如果公转时针齿轮44每24小时公旋转两次，公转装置40使得公转盘1移动1°，所以天球仪10以365天的周期沿着顺时针方向进行一次公转。

[64]此外，当电源被供给到自转装置30的自转机构31时，自转机构31每11小时58分钟操作自转时针齿轮32旋转一次，并且扩充齿轮33在逆时针方向上每23小时56分钟旋转一次，扩充齿轮33与自转时针齿轮32联动且具有两倍于自转时针齿轮32的齿轮。23小时56分钟是地球自转的实际时间。

[65]也就是，一旦该扩充齿轮33在逆时针方向上每23小时56分钟进行一次旋转，那意味着以相对于水平面66.5°角度安装的自转轴35沿逆时针方向旋转一次。相应地，地球仪20沿逆时针方向每23小时56分钟自转一次。

[66]当天球仪10通过公转装置40沿顺时针方向每24小时旋转1°且同时地球仪20通过自转装置30沿逆时针方向绕每23小时56分钟自转一次之时，天顶显示部22指出显示在该天球仪10上的星座，天体显示部22指出的太阳行程11显示当前太阳的位置。

[67]图7中显示的(a)至(d)，描述了天球仪10通过公转装置40的公转状态。(a)是公转盘1在春分日的位置，(b)是公转盘1在冬至日的位置，(c)是公转盘1在秋分日的位置，(d)是公转盘1的在夏至日的位置。

[68]如图7中显示，当地球仪进行一次自转时，在(a)中自转轴35在春分日的中午(12点)时朝右倾斜23.5°，并且在(d)中自转轴35在冬至日的中午(12点)朝左倾斜23.5°。

[69]安装在公转盘1上的天球仪10以365天的周期进行一次公转并且天顶显示部22指出的星座是当前恒星的标记。

[70]图8的(a)至(d)显示了根据本发明的通过自转装置30的地球仪20的自转状态，包含该天顶显示部22指出的位置的变化。

[71]即，如果假定图8的(a)是处于午夜(24点)的当前时间的天顶显示部22的位置，地球仪20由自转装置30沿逆时针方向被旋转90°，并且天顶显示部22也在6小时后沿逆时针方向移动，如(b)中所示。

[72]图8的(c)显示在(b)的时间另一个6小时(12点)之后，地球仪20通过自转装置30沿逆时针方向被旋转另一个90°，并且天顶显示部22也沿逆时针方向运动。图8的(d)显示地球仪20在(c)的时间又一个6小时(18点)之后，地球仪20从(c)的位置被旋转又一个90°，并且天顶显示部22也从(c)的位置沿逆时针方向运动。因此，从(d)的位置在另一个6小时之后，地球仪20通过自转装置30沿逆时针方向在从(d)的时间另一个6小时之后被旋转另一个90°，使得天顶显示部22再次到达(a)的位置。

[73]如上所述，安装在自转轴35中的地球仪20每23小时56分钟执行自转一次，这是地球的实际自转时间，因此天顶显示部22指出的地球仪20的点被改变以改变天顶显示部22指出的星座和太阳的位置。

[74]接下来，将描述根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器的操作。

[75]图9是描述了太阳的行程和恒星每年的运动的图。如图9中所示，在地球仪每天自东向西(①→④)公转大约1°的状态下，地球进行自转。如此，相对于北极星进行公转的恒星有每天运动和每年运动。

[76]图10是描述了根据地球仪和天球仪的自动公转仪器的由于地球的自转和公转产生的每天和每年的恒星运动的图。由于天球仪10被固定，天顶显示部22同位于当前太阳行程上的太阳S1一起到达中天。天顶显示装置22与太阳S2在自转装置30的23小时56分钟后一起到达中天，且恒星S2出现。同样，当地球仪20以公转角度(θ1)自转后，恒星S2向南进24小时，它显示恒星的每年运动是从东向西(S1→S2→S3)每天行进大约1°。

[77]因而，当位于太阳当前行程上的太阳S1位于形成在上盖2上的标准设定部4上时，公转盘1每天沿西向东(S3→S2→S1)旋转大概1°。同样的，由于地球仪20每23小时56分钟自转一次，24小时后S1从P1被看到且S2从标准设定部4被看到。如此，位于太阳行程上的太阳位置和地球仪20可以每24小时就处在标准设定部4。

[78]因此，天球仪10在顺时针方向上每24小时公转1°，且该地球仪20在逆时针方向上每23小时56分钟执行一次自转。

[79]如果假定太阳和恒星位于最远距离，设置在天体水平视图21上的天顶显示部22是观察者的位置，然后观察者的实际的水平位置发生了同样的情况。因此，观察者能感觉到根据太阳位置的改变的白天/夜晚长度的变化以及每个季节的高度，并且太阳/恒星的方向以及宇宙的运动也被准确无误地显示出来。

[80]显然本领域技术人员可以对本发明进行各种修改和改变而会不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明应当包括假如落在所附的权利要求及其等同物范围内的对本发明的各种修改和改变。

工业实用性

[81]根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的工业应用性是，能够准确地看到在每个国家的日出/日落时间，同时能够没有任何困难地精确地理解每个季节和每个时候太阳的高度，因为完美地呈现了从太阳和恒星上看地球的位置。

[82]此外，根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的另一个工业应用性是，学生可以三维地理解宇宙的运动，因为在当前的太阳行程上的太阳位置和恒星的位置能被完美地呈现。

[83]更进一步，根据本发明的地球仪和天球仪的自动公转仪器具有的第三个工业应用性是，学生可以提高他们的思维力，因为他们可以亲眼看到地球的自转/公转和恒星每日/每年的运动。

[84]