KR100950839B1 - 천체 모형 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

자전축을 중심으로 회전되는 지구본; 상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의; 상기 자전축을 구동하는 자전 모터; 상기 공전축을 구동하는 공전 모터; 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부; 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함하는 천체 모형 장치 및 그 구동 방법이 기재된다.

Description

천체 모형 장치 및 그 구동 방법{CELESTIAL MODEL DEVICE AND DRIVING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 지구본 및 천구의를 포함하며 자전 및 공전에 따른 별자리와 천문 현상을 시뮬레이션할 수 있어 교육, 학습, 관찰 및 관측 지원의 용도로 사용할 수 있는 천체 모형 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

일반적으로 각급 학교의 교육 과정 중 지구의 운동에 관한 수업을 진행할 경우 지구본, 천구의, 삼구의 등을 이용하여 강의할 때 공간적이고 입체적인 개념을 이해시키기 어려운 것이 현실이다.

사람들은 지구의 자전이나 공전 등에 대하여 배워 왔지만 단순한 단어적 의미만을 이해할 뿐, 실제 천문 현상을 입체적으로 이해하는데 한계가 있었다.

따라서, 지구의 자전이나 공전, 밤낮의 변화, 계절의 변화, 황도 및 별의 운동 등을 입체적으로 이해시킬 수 있는 천체 모형 장치와, 여기에 포함된 지구본 및 천구의를 자동으로 회전시킴으로써 여러 천문 현상을 시각적으로 관찰할 수 있는 천체 모형 장치의 구동 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 필요성을 감안한 것으로서, 지구본 및 천구의를 포함한 천체의 운동을 완벽하게 재현할 수 있는 천체 모형 장치 및 그 구동 방법을 제안하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예로서, 본 발명의 천체 모형 장치는, 자전축을 중심으로 회전되는 지구본; 상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의; 상기 자전축을 구동하는 자전 모터; 상기 공전축을 구동하는 공전 모터; 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부; 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함한다.

일 실시예로서, 본 발명의 천체 모형 장치의 구동 방법은, 천구의 내부에 지구본이 설치된 천체 모형 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 천구의의 회전 중심인 공전축을 공전 모터에 연결하고, 상기 지구본의 회전 중심인 자전축을 자전 모터에 연결하며, 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로서, 본 발명의 천체 모형 장치의 구동 방법은, 천구의 내부에 지구본이 설치된 천체 모형 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 천구의의 회전 중심인 공전축을 공전 모터에 연결하고, 상기 지구본의 회전 중심인 자전축을 자전 모터에 연결하며, 상기 지구본 및 상기 천구의가 수동 회전되도록 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 오프시키는 수동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 360˚회전시킬때 상기 공전 모터를 간헐 구동하여 상기 천구의를 (360/365.2422)˚회전시키는 실시간 자동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 1시간당 1/24회전보다 빠른 속도로 회전시키고 상기 공전 모터는 오프시키는 고속 지구 자전 모드, 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 모두 구동하여 상기 지구본 및 상기 천구의를 10:1의 회전 속도비로 상기 실시간 자동 모드보다 더 고속으로 회전시키는 더블 고속 모드를 포함하는 복수의 모드에서 하나 선택된 모드로 상기 자전 모터 및 상기 구동 모터를 각각 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 천구의를 구동하는 공전 모터와 지구본을 구동하는 자전 모터를 별개로 설치하고 이들의 회전 속도를 개별적으로 제어 가능함으로써, 수동 모드, 실시간 자동 모드, 고속 지구 자전 모드, 더블 고속 모드를 포함한 다양한 모드에서 천체 현상을 입체적/공간적으로 보여줄 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 지구의 자전과 공전에 따른 천체 현상을 입체적으로 이해시키기 위한 획기적인 천체 모형 장치이다. 지구의 자전에 따른 천문 현상을 정리하면, 일출과 일몰, 24시간의 변화, 월출과 월몰, 별의 일주 운동 등을 들 수 있다. 지구의 공전에 따른 천문 현상을 정리하면, 1년의 변화와 계절의 변화, 별의 연주 운동 등을 들 수 있다.

그런데 지구의 자전은 지구본을 직접 회전시킴으로써 구현할 수 있지만, 지구의 공전은 지구의 공전축을 중심으로 천구의를 역회전시킴으로써 공전의 효과를 시각적으로 보여줄 수 있다. 공전축은 황도면에 수직하고 태양의 중심을 지나는 축이 된다. 운동의 상대성 원리를 고려하면, 태양을 중심으로 한 지구의 공전과, 공전축을 중심으로 한 천구의의 역회전은 지구와 천구의 상대적 위치에 관한 효과에 있어서 서로 동일하다.

본 발명에 있어서 천구의는 3차원의 천체 지도라는 본래 기능과 지구의 공ㄱ전을 대체하는 수단으로서 새로운 기능을 갖는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용 어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

도 1은 본 발명의 천체 모형 장치의 외관을 도시한 그림이다. 도 2는 본 발명의 천체 모형 장치의 사시도이다. 도 3은 도 2의 단면을 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 천체 모형 장치의 내부 구조 일부를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 전원부를 도시한 측면도이다. 도 6은 본 발명의 전원부의 세부 구조를 도시한 평면도이다. 도 1 내지 도 6을 함께 참조하며, 본 발명의 천체 모형 장치 및 그 구동 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 천체 모형 장치는, 지구본(200), 천구의(100), 자전 모터(620), 공전 모터(610), 전원부(700), 제어부(505)를 포함한다.

지구본(200)은 자전축(201)을 중심으로 회전된다. 지구본(200)은 고정 부재(203)에 의하여 자전축(201)에 고정된 상태로 자전축(201)과 함께 회전된다. 천구의(100)는 지구본(200)의 외측에 마련되는 것으로 공전축(101)을 중심으로 회전된다. 지구본(200) 또는 천구의(100)는 투명 또는 반투명 재질로 마련되어 시각 효과 또는 미적 효과를 증대시키는 것이 바람직하다.

일 실시예로서, 고정 부재(103,203)는 자전축(201) 또는 공전축(101)을 관통하는 세트 스크류나 키 등에 의하여 고정되는 원판 형상으로서, 지구본(200) 또는 천구의(100)를 자전축(201) 또는 공전축(101)에 각각 고정한다.

자전 모터(620)의 회전축인 자전 모터축(621) 및 자전축(201)은 조인트 슬리브(690)로 결합되며, 이와 마찬가지로 공전 모터(610)의 회전축인 공전 모터축(611) 및 공전축(101)도 조인트 슬리브(690)로 결합된다. 자전 모터(620) 및 공 전 모터(610)는 그 회전 각도 및 회전 속도를 감지할 수 있도록 스텝 모터인 것이 바람직하다. 이와 다른 실시예로서, 회전 각도나 회전 속도를 감지하는 센서를 설치하고 높은 분해능으로 동작시킬 수 있는 드라이브 IC를 준비하는 경우, 서보 모터나 기타 종류의 액츄에이터를 사용할 수 있다.

제어부(505)는 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)를 개별적으로 제어함으로써, 천구의(100) 및 지구본(200) 각각의 회전 각도 및 회전 속도를 독립적으로 조절할 수 있다. 제어부(505)에 설치된 모터 구동 IC에 의하여 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)는 충분한 분해능을 가지며 미세한 각도를 회전할 수 있다. 제어부(505)에 실장된 CPU, EPROM, DSP칩 등에 각 모드별로 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)를 개별적으로 제어하는 알고리즘이 기록된다.

예를 들어 실시간 자동 모드에서 천구의(100)는 한 번에 1˚미만의 각도를 회전할 수 있어야 하는데 이에 대응할 수 있는 충분한 각도 분해능으로 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)를 회전시킬 수 있도록 되어 있다.

제어부(505)는, 다양한 모드에서 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)를 제어할 수 있다. 예를 들어 제어부(505)는 수동 모드, 실시간 자동 모드, 고속 지구 자전 모드, 더블 고속 모드를 포함하는 복수의 모드 중 하나가 선택되면 각 모드에 맞는 회전 속도로 천구의(100) 또는 지구본(200)을 회전시킨다.

수동 모드는 지구본(200) 및 천구의(100)가 수동 회전되도록 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)의 동작을 오프시키는 모드이다.

실시간 자동 모드는 자전 모터(620)를 구동하여 지구본(200)을 360˚회전시 킬때 공전 모터(610)를 간헐 구동하여 천구의(100)를 (360/365.2422)˚회전시키는 모드이다. 이때, 지구본(200)은 1시간당 1/23.934(이하 1/24로 약술함) 바퀴를 회전한다.

고속 지구 자전 모드는 자전 모터(620)를 구동하여 지구본(200)을 1시간당 1/24회전보다 빠른 속도로 회전시키고 공전 모터(610)는 오프시키는 모드이다.

더블 고속 모드는 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)를 모두 구동하여 지구본(200) 및 천구의(100)를 10:1의 회전 속도비로 실시간 자동 모드보다 더 빨리 고속으로 회전시키는 모드이다. 지구본(200)은 하루에 1회전하고 천구의(100)는 1년에 1회전하므로, 지구본(200)의 360˚회전시 천구의(100)는 (360/365.2422)˚회전되고 회전 속도가 실제보다 휠씬 고속이어야 천체 현상을 가시화할 수 있으며, 더블 고속 모드는 실제 천문 현상을 고속으로 근사화하는 모드이므로 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)로서 설치되는 스텝 모터의 제어 편의성을 위하여 10;1의 회전 속도비로 구동한다.

한편, 전원 공급시 발광되는 발광 소자(445)가 마련되고, 발광 소자(445)의 전원 인가 및 동작 제어를 위하여 발광 소자 PCB(446)가 마련된다. 발광 소자(445)의 상측에는 천구의(100) 또는 지구본(200) 방향으로 광을 산란시키는 도광 패턴이 형성된 광투과성 재질의 무드 램프(440)가 마련된다. 무드 램프(440)는 황도면의 남극점을 향하여 광을 발산한다. 무드 램프(440)는 무드 램프 스위치(530)가 온되면 빛을 발하여 지구본(200) 또는 천구의(100) 를 조명한다.

절환 스위치(520), 스위치 노브(510), 무드 램프 스위치(530)는 받침판(500) 의 상부에 설치된다. 절환 스위치(520)는 실시간 자동 모드, 고속 지구 자전 모드, 더블 고속 모드를 포함하는 자동 모드와 수동 모드를 절환시키는 스위치이다.

절환 스위치(520)를 눌러 온시키면 실시간 자동 모드, 고속 지구 자전 모드, 더블 고속 모드 중 어느 하나의 모드에서 제어되고, 절환 스위치(520)를 오프시키면 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)의 전원 공급이 차단됨으로써 수동 모드로 동작된다. 스위치 노브(510)는 지구본(200)의 회전 속도를 조절하는 스위치이다.

일 실시예로서, 절환 스위치(520)를 오프시키면 수동 모드가 선택되고, 절환 스위치(520)를 온시키면 실시간 자동 모드가 선택되며, 절환 스위치(520)를 온시킨 상태에서 스위치 노브(510)를 돌리면 고속 지구 자전 모드가 선택되고, 무드 램프 스위치(530) 및 절환 스위치(520)를 동시에 온시키면 더블 고속 모드가 선택된다. 따라서, 많은 수의 스위치를 구비하지 않아도 다양한 모드 선택이 가능하도록 되어 있다.

절환 스위치(520) 주변에는 절환 스위치 램프(521)가 설치되고, 무드 램프 스위치(530) 주변에는 무드 램프 동작 표시등(531)이 설치된다. 이들은 절환 스위치(520) 및 무드 램프 스위치(530)의 온/오프 여부를 표시하는 기능은 물론, 현재 선택된 모드가 어떠한 것인지 표시하는 용도로도 사용된다.

즉, 절환 스위치(520)를 오프시키면 절환 스위치 램프(521)가 소등되며, 이때는 수동 모드를 표시한다. 절환 스위치(520)를 온시키면 스위치 노브(510)의 작동 여부에 따라 실시간 자동 모드 또는 고속 지구 자전 모드 중 하나의 모드가 선택되는데, 절환 스위치 램프(521)에 의하여 어떠한 모드인지 표시된다.

예를 들어 실시간 자동 모드의 경우 절환 스위치 램프(521)가 계속 점등된 상태로서 표시되고, 스위치 노브(510)를 동작시킴으로써 고속 지구 자전 모드가 선택된 경우 절환 스위치 램프(521)가 점등된 상태에서 깜박이는 실시예가 가능하다. 또한, 절환 스위치(520) 및 무드 램프 스위치(530)를 모두 눌러 온시키면 더블 고속 모드가 선택되는데, 이때는 절환 스위치 램프(521) 및 무드 램프 동작 표시등(531)이 모두 점등되거나, 무드 램프 동작 표시등(531)이 깜박이거나, 절환 스위치 램프(521) 및 무드 램프 동작 표시등(531)이 함께 깜박이는 실시예 등 다양한 실시예가 가능하다.

전원부(700)는, 고정 PCB(710)와 회전 PCB(720)를 구비한다. 고정 PCB(710)에는 외부 전원이 인가되는 원형의 트랙 랜드(711)들이 래디얼 방향(반경 방향)으로 이격 형성되어 있다. 회전 PCB(720)에는 공전 모터(610) 또는 자전 모터(620)에 전기적으로 연결되는 접촉 단자(721)가 배치된다.

도시된 실시예에 의하면 접촉 단자(721)는 자전 모터(620)에 연결되어 전원을 공급한다. 접촉 단자(721)는 회전 PCB(720)에 설치된 커넥터(723)와 전기적으로 연결되며, 커넥터(723)는 자전 모터(620)에 연결되어 전원을 공급한다. 고정 PCB(710)는 제어부(505)에 연결되며 외부 전원을 공급받아 트랙 랜드(711)들에 전원을 항상 인가하고 있다.

트랙 랜드(711)는 고정 PCB(710)에 패턴을 형성함으로써 마련될 수 있으나, 이와 다른 실시예로서, 동박판을 고정 PCB(710)에 부착하는 방법으로 마련할 수 있다. 이러한 경우 고정 PCB(710)에 다수 형성된 랜드 홀(712,712a,712b)을 이용할 수 있다. 즉, 전원 공급을 위한 금속판 또는 동박판을 랜드 홀(712,712a,712b)에 끼워 고정시키거나 본딩함으로써 전원 공급을 위한 도선을 형성할 수 있다.

천구의(100) 또는 지구본(200)의 회전시 회전 PCB(720)가 고정 PCB(710)를 누르는 상태에서 회전되며, 회전 PCB(720)의 회전시 접촉 단자(721)가 트랙 랜드(711)에 접촉된 채 회전됨으로써 공전 모터(610) 또는 자전 모터(620)에 전원이 공급된다.

따라서, 천구의(100) 또는 지구본(200)이 회전하더라고 전원 연결선의 꼬임없이 자전 모터(620) 또는 공전 모터(610)에 전원을 공급할 수 있고 회전 각도 또는 회전 속도에 관한 신호를 입출력할 수 있다.

자전 모터(620)는 제2하우징(420)의 내부에 설치된다. 제1하우징(410)은 받침판(500)의 상측에 회전 가능하게 놓여지는 회전판(400) 및 천구의(100)를 연결하며 공전축(101)이 내부에 위치한다. 제2하우징(420) 및 제1하우징(410)을 연결하는 하우징 브리지(415)가 설치되며, 이에 따라 자전 모터(620)는 공전축(101)으로부터 편심된 위치에 배치되어 천구의(100)의 회전시 이와 함께 공전축(101)을 중심으로 회전된다.

공전 모터(610)는 받침판(500)에 고정된다. 공전 모터(610)의 회전축인 공전 모터축(611)은 공전축(101)과 연결된다. 자전 모터(620)의 회전축인 자전 모터축(621)은 자전축(201)과 연결된다. 자전축(201)은 공전축(101)에 대하여 실제 지구와 마찬가지로 23.5˚기울어지게 설치된다.

자전 모터(620)는 공전축(101)에 대하여 편심된 위치에 마련되어 천구 의(100)의 회전시 공전축(101)을 중심으로 회전된다. 자전 모터(620)는 회전 PCB(720)에 연결되고 고정 PCB(710)는 받침판(500)에 고정된다. 공전축(101)에 대하여 편심된 위치에서 자전 모터(620)가 회전할 때 회전 PCB(720)가 고정 PCB(710)에 밀착된 채 자전 모터(620)와 함께 회전함으로써 자전 모터(620)에 외부 전원이 공급된다.

또한, 지평면판(210)이 마련되는데, 이는 지구본(200) 표면의 한 점에 접하고 천구의(100)까지 연장되는 가상의 평면을 지구본(200)의 중심을 지나도록 평행 이동했을 때 동평면에 놓이는 링 형상의 판 또는 원판 형상으로서, 동서남북과 방위각이 표시되어 있다. 지평면판(210)은 지구본(200)의 외면 및 천구의(100)의 내면 사이에 설치된다. 예를 들어 지구본(200)이 불투명 재질로 마련되는 경우 지평면판(210)은 지구본(200)의 외면에 접하는 링 형상의 판으로서 마련된다. 한편, 도시되지는 않았지만, 지구본이 투명 재질로 마련되는 경우 지평면판은 지구본의 외면 및 지구본의 내면을 관통하는 원판 형상으로서 마련된다.

백도띠(130)는 천구의(100)의 표면에 월령에 따라 달이 지나가는 자리를 표시하는 것으로 달의 현재 위치와 모양을 추적할 수 있도록 눈금이 매겨져 있다.

시간띠(110)는 자전축(201)과 연동되어 시간을 표시하는 것으로서, 천구의(100)의 외면에 마련되어 손으로 돌리면 시간을 설정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 중심링은 자전축에 장착되고 중심링과 4개의 발로 연결된 외환은 천구의의 적위 70°의 위도선에 걸쳐져서 수동으로 각국의 지역 표준 자오선에 한번 맞추어 두면 이후 자동으로 그 나라의 현재시각을 표시하게 된다.

수동 모드시 지구본(200)을 수동 회전시킬 수 있도록 자전축 노브(120)가 마련된다. 자전축 노브(120)는 천구의(100)와 독립적으로 지구본(200)을 수동으로 회전시키는 것으로서, 자전축(201)의 단부에 마련되어 천구의(100)의 외면에 노출된다.

전원 연결시 발광되는 기준점(540)이 받침판(500)의 상측에 마련된다. 회전판(400)의 가장 자리에 날짜 눈금이 새겨져 있으며, 날짜 눈금을 기준점(540)에 맞춤으로써 특정 일자에 대응되는 천구의(100)의 위치를 세팅할 수 있다.

천구의(100)의 외측으로 받침판(500)에 고정되는 손잡이(300)가 설치되며, 손잡이(300)를 이용하면, 천구의(100) 및 지구본(200)의 위치를 그대로 유지한 채 천체 모형 장치를 이동시킬 수 있다.

천구의(100)는 별들이 존재하는 가상의 구면으로서 우주를 표현하는 투명 또는 반투명 재질의 구 껍질이며, 지구본(200)의 외측에 배치된다.

지구본(200)의 자전축(201) 상단에는 자전축 노브(120)가 부착되어 있으며, 이를 돌려 지구본(200)의 위치를 미세하게 조정할 수 있다. 지구는 태양을 중심으로 1년에 1회전하므로 태양의 중심을 지나고 공전 궤도면에 수직인 직선이 공전축(101)이다. 천체 모형 장치에서는 천구의(100)의 중심을 지나고 황도면에 수직인 직선이 공전축(101)과 일치하며, 회전판(400)의 중심과 무드 램프(440)의 중심과 주야 경계선의 중심을 지나는 직선이 공전축(101)과 일치한다.

기준점(540)은 날짜와 시간을 읽는 기준이 된다. 회전판(400)에 새겨져 있는 날짜 눈금과 기준점(540)을 맞추어 특정 일자의 천구의(100)의 위치를 조정한다. 천구의(100)에는 황도가 새겨져 있으며, 황도에는 10일 간격으로 태양의 위치가 새겨져 있다. 기준점(540)에서 수직선을 올려 황도와 교점을 찾으면 해당일의 태양의 천구상의 위치가 되고 그 점을 지나는 자오선과 시간띠(110)의 교점을 읽으면 기준일자의 대한민국의 시간이 된다.

기준점(540)의 180°방향에는 밤의 기준점(540)이 있다. 밤의 기준점(540)은 낮의 기준점(540)에서 12시간이 더 경과한 시점이다.

날짜 눈금은 회전판(400)의 가장 자리에 사흘 간격으로 새겨져 있는 눈금이다. 자전축(201)이 정 우측으로 기울어진 날이 춘분이 되고, 그 반대가 추분이 되며, 자전축(201)이 정면으로 기울어진 날은 하지, 그 반대는 동지가 된다. 1년은 365.2422일이며, 윤년의 경우에는 사용자가 직접 2월 29일에 해당하는 날짜를 조정해 주어야 한다.

주야 경계선은 일출/일몰선이 된다. 주야 경계선을 통과하는 지구본(200) 표면의 지역에 일출과 일몰이 일어난다. 주야 경계선은 밤과 낮이 바뀌는 시점이 되고, 보름날에 보름달이 뜨고 지는 시점이기도 하며, 일출과 일몰이 일어나는 시점이 된다.

주야 경계선은 천체 모형 장치에서 손잡이(300)와 일치하며 받침판(500)에 수직하다. 주야 경계선은 밤이 지나고 아침이 처음으로 되는 지구본(200) 표면 위의 지점을 연결한 선이다. 서울이 주야 경계선을 통과하는 순간은 서울의 지평면의 동녘에 아침해가 떠오르는 순간이기도 하다. 춘분날과 추분날에는 지평면판(210)의 정동에서 일출이 일어나고 정서에서 일몰이 일어난다. 남북위 66.5° 이상의 고위 도 지대에는 하지날을 전후하여 백야 현상을 확인할 수 있다. 이와 반대로 남북위 66.5°이상의 고위도 지대에서는 동지날을 전후하여 흑야(흑주, 극야)현상을 확인할 수 있다. 지구본(200)을 이용하여 이와 같은 현상을 다 관측할 수 있다.

시간띠(110)에 대하여 설명한다. 일상 생활에서 우리가 사용하는 시간은 평균 태양시라고 한다. 지구본(200)에서 나타내는 시간도 평균 태양시이다. 지구의 공전 궤도상의 위치와 상관없이 지구의 1일은 24시간이다. 대한민국의 지역 표준시는 둥경 135°선을 기준으로 하므로 동경 135°선에 태양이 남중할 때 낮 12시가 된다. 부산을 지나는 129°선에 남중할 땐 12시 24분, 서울을 지나는 127°선에 남중할 땐 12시 32분이 된다. 대한민국의 현재시간은 현재의 태양(황도 위에서 찾을 수 있다)을 지나는 자오선과 시간띠(110)의 교차점을 읽으면 된다. 다른 나라의 경우엔 시간띠(110)를 돌려서 그 나라의 지역표준시의 기준이 되는 자오선(지역표준자오선)에 12시를 맞추어 자전축(201)에 고정하면 된다. 이를 위하여 시간띠(110)는 지구본(200)의 자전축(201)에 연동될 수 있도록 고정된다.

지평면판(210)에 대하여 설명한다. 사람들은 일상의 공간에서 산과 들이 무한히 편평한 대지 위에 전개되어 있다고 느낀다. 이 편평한 대지를 천문기하학적으로 정리한 것이 지평면이다. 즉 지구를 완전한 구로 상정했을 때 서울의 지평면은 서울의 좌표에서 지구에 접하고 천구까지 닿아 있는 평면이다. 지구본(200)에서는 이 지평면이 지구의 중심을 지나도록 평행이동하였는데 이는 지구본(200)과 천구의(100) 상호간의 축척 불비례로 인한 오차를 바로잡기 위한 것이다. 이는, 유한한 지구를 무한한 우주 안에 올바로 자리매김하기 위해서 꼭 필요한 이동이다.

사람들이 대지에서 관측할 수 있는 하늘은 바로 이 지평면 위에서 전개된다. 지평면은 방위, 일월성신의 출몰과 고도의 기준면이 된다. 지평면 중심에 수직축이 지나간다고 가정할 때 동축과 천구면의 위쪽 교점을 천정, 아래쪽 교점을 천저라 한다. 천정의 적위는 그 지방의 위도와 같다. 대한민국의 밤하늘의 천정을 수놓는 별자리로는 여름철엔 목동, 헤르쿨레스, 거문고 백조자리가 유명하고, 겨울철엔 페르세우스, 마차부, 쌍둥이자리가 뚜렷하다.

일출일몰선 내지 주야경계선(손잡이(300)과 일치)에 대하여 설명한다. 햇빛은 지구보다 지름이 109배 더 크지만 지구에서 1억5000만 km 떨어진 태양에서 오므로 언제나 지구의 절반은 낮이 되고 나머지 절반은 밤이 된다. 밤낮의 경계선은 지구의 중심을 지나고 태양에 대하여 수직인 평면과 지구표면의 교차선이 된다.

백도띠(130)에 대하여 설명한다. 천구상에 달이 지나가는 자리를 백도라고 한다. 백도는 황도와 5° 9′이 기울어졌으며 한 달에 두 번 황도와 교차한다. 황도와의 교차점은 매년 10°정도 이동한다. 달의 공전주기에는 지구를 기준으로 한 삭망월과 항성을 기준으로 한 항성월이 있다. 전자는 29.5일이고 후자는 27.3일이다. 달이 27.3일 동안 지구를 중심으로 공전할 때 지구 또한 태양을 중심으로 공전하여 나아가므로 태양과 지구와 달의 상대적 위치를 회복하려면 달이 더 운동하여야 한다.

백도띠(130)에는 삭망월의 눈금이 새겨져 있다. 음력 그믐은 달을 사이에 두고 지구와 태양이 같은 방향에 놓이는 날이므로 황도 부근에 백도띠(130)를 천구에 걸쳐 놓고 기준점(540)에 삭(1일)을 맞추고 반대방향에 보름이 오도록 하되 큰달 (음력 30일이 있는 달)은 왼쪽으로 0.5일을 돌리고, 작은달(음력 29일까지만 있는 달)은 오른쪽으로 0.5일을 조정하면 해당일의 달의 위치와 모양, 출몰의 시간 등을 정확히 가늠할 수 있다.

한편, 무드 램프(440)의 중심을 연결한 가상축은 공전축(101)과 일치한다. 무드 램프(440)는 천구의(100)와 지구본(200)에 광을 조사하여 시각적인 효과를 주기 위한 것이며, 동시에 황도면의 남극점을 지시하기 위한 것이다. 이는 무드 램프 스위치(530)에 의하여 점등된다.

황도에 대하여 설명한다. 태양의 천구상의 이동경로를 황도라고 한다. 황도면과 지구의 공전궤도면은 완전히 일치한다. 황도는 지구의 공전에 직접 따른 겉보기운동궤적으로써 태양의 천구상의 이동경로이자 지구의 이동경로이기도 하다. 지구가 태양을 중심으로 한 공전궤도에서 1° 회전하면 태양의 겉보기 운동은 천구에서 황도를 따라 지구의 공전방향으로 1° 회전하게 된다.

따라서 천구의(100)를 지구본(200)의 공전 반대 방향으로 하루(24시간)에 (360/365.2422)°의 각거리를 회전시키면 태양과 지구는 늘 같은 방향에 머물러 있게 된다. 본 발명의 천체 모형 장치는 바로 이 원리를 응용하여 지구본(200)과 천구의(100)의 회전 속도 사이에 일정비인 10:1가 성립함으로써 복잡한 천문현상을 일목요연하게 재구성하여 설명한다.

황도의 남북으로 8°씩, 16°의 너비를 가진 고리를 황도대라고 한다. 태양의 주된 천체들은 서로를 볼 때 황도대의 한 곳에 놓여 있다. 황도대에서 유난히 밝은 천체가 관측되면 보통 행성이 된다. 천체 모형 장치에서 황도와 백도의 교점 근처에서 태양과 달이 동시에 도달하였을 때 일식이 일어난다.

별은 겉보기 밝기에 따라 1~6등성으로 구분한다. 1등성은 이론상으로 2등성보다 2.5배 더 밝고 6등성보다는 100배가 더 밝다. 그러나 실제로는 겉보기로 특히 밝은 별 21개를 밝기의 등급에 관계없이 관습에 따라 1등성이라 하는데 대부분 고유의 이름을 가지고 있다. 천구의(100)에는 이들의 이름을 모두 새겨 놓았을 뿐만 아니라, 88개의 별자리 이름을 모두 표시하였다. 별자리의 정식 이름은 라틴어로 되어 있다. 그 가운데 21개의 별자리는 우리나라에서는 전혀 볼 수 없다. 또한, 14개의 별자리는 일부분밖에 볼 수 없다. 본 발명의 천체 모형 장치를 이용하면 계절에 따라 대한민국에서 관측할 수 있는 별자리를 확인할 수 있다.

다음으로 본 발명의 천체 모형 장치의 구동 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 천체 모형 장치를 이용하여, 수동 모드, 실시간 자동 모드, 고속 지구 자전 모드, 천구 및 지구가 함께 일정비로 고속 회전되는 더블 고속 모드와 같은 4가지 모드의 구동 방법이 가능하다.

수동 모드는 손으로 직접 지구본(200)이나 천구의(100)를 원하는 위치로 돌려 볼 수 있는 모드이다. 자전축 노브(120)를 돌려 자전축(201)을 회전시키면 지구본(200)이 수동으로 회전된다. 자전축 노브(120)는 천구의(100)에 연결되지 않으므로 자전축 노브(120)의 회전시 천구의(100)는 회전되지 않는다. 손으로 직접 천구의(100)를 회전시킴으로써 공전축(101)을 중심으로 천구의(100)를 수동으로 회전시킬 수 있다.

원하는 날짜와 시간의 맞춤은 수동 모드에서 진행한다. 원하는 날짜의 세팅시, 회전판(400)의 가장 자리에 새겨진 날짜 눈금을 기준점(540)에 맞추기만 하면 된다. 날짜 눈금이 기준점(540)에 맞춰진 상태에서 135°자오선이 황도 위의 당일의 태양과 일치할 때(남중) 대한민국은 낮 12시가 된다. 전원을 연결하면 받침판(500)의 정면에 위치한 낮의 기준점(540)과 그 반대쪽에 위치한 밤의 기준점(미도시)이 발광하도록 되어 있다.

실시간 자동 모드는 지구의 자전과 천구의(100)의 회전이 실제와 똑같은 속도로 진행되는 모드이다. 즉, 자전 모터(620)의 구동으로 지구본(200)이 24시간(엄밀하게는 1항성일인 23시간 56분 4초) 동안 360˚ 회전하며 공전 모터(610)의 구동으로 천구의(100)가 24시간 동안 (360/365.2422 ≒ 1)˚ 회전한다.

일 실시예로서, 공전 모터(610)에 과부하가 걸리는 것을 방지하고 전원 절감을 위하여 하루에 2번의 시점에서 천구의(100)는 약 0.5˚만큼 순간적으로 회전하게 되어 있다. 즉, 자전 모터(620)에 비하여 공전 모터(610)는 아주 짧은 시간 동안 매우 짧은 각도(1˚이내)만큼 간헐 회전된다.

이때, 태양시를 기준으로 하여 하루(1태양일)는 24시간(여기서, 자전축(201)의 회전속도는 1회전에 1항성일인 23시 56분 4초), 일년(회귀년, 태양년, 태양이 춘분점을 떠나 다시 춘분점까지 돌아오는 데까지 걸리는 시간)은 365.2422일(365일 5시간 48분 46초)이다.

고속 지구 자전 모드는, 천구의(100)는 정지시켜 놓고 지구본(200)만 1분에 1~10 바퀴를 회전시키는 모드이다. 이때 자전 모터(620)만 구동되고 공전 모 터(610)에는 전원이 인가되지 않는다. 절환 스위치(520)를 OFF 시키면 절환 스위치 램프(521)가 오프되며 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)에 전원이 오프되어 수동 모드가 된다.

절환 스위치(520)를 온(ON)시키면 절환 스위치 램프(521)가 계속 켜지고, 지구본(200) 및 천구의(100)가 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)에 의하여 일정비로 자동 회전되는 실시간 모드로 진입된다. 이때 스위치 노브(510)를 돌리게 되면 천구의(100)는 정지하고 고속 지구 자전 모드로 진입되며 스위치 노브(510)의 조절에 따라 지구본(200)의 회전 속도가 가감된다

지구본(200)의 회전 속도는 스위치 노브(510)를 돌림으로써 사용자의 필요와 감각에 맞춰 조절할 수 있다. 고속 지구 자전 모드에서 지구본(200)의 회전속도는 지구의 실제 자전속도보다 1440~14400배 정도 빠르다. 고속 지구 자전 모드에서는 시간만 변하고 날짜는 변하지 않기 때문에 당일의 천문현상을 반복하여 관측할 수 있다.

천구의(100) 및 지구본(200)이 일정 속도비로 함께 자동 회전되는 더블 고속 모드는 천구의(100)와 지구본(200)이 모두 고속으로 회전하여 천체의 역동성을 실감나게 보여주는 모드이다. 절환 스위치(520)와 무드 램프 스위치(530)를 동시에 길게 누르면 더블 고속 모드로 진입된다.

더블 고속 모드에서 지구본(200) 및 천구의(100)의 회전 속도비는 10:1 이 되며, 스위치 노브(510)를 조절함으로써 지구본(200)의 회전 속도가 가감되고 천구의(100)의 회전 속도도 속도비에 맞추어 조절된다. 더블 고속 모드에서는 자전 모 터(620) 및 공전 모터(610)가 모두 구동되며, 자전 모터(620) 및 공전 모터(610)의 속도 제어는 제어부(505)에 의한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 천체 모형 장치의 외관을 도시한 그림이다.

도 2는 본 발명의 천체 모형 장치의 사시도이다.

도 3은 도 2의 단면을 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 천체 모형 장치의 내부 구조 일부를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 전원부를 도시한 측면도이다.

도 6은 본 발명의 전원부의 세부 구조를 도시한 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...천구의 101...공전축

103,203...고정 부재 110...시간띠

120...자전축 노브 130...백도띠

200...지구본 201...자전축

210...지평면판 300...손잡이

400...회전판 410...제1하우징

415...하우징 브리지 420...제2하우징

440...무드 램프 445... 발광 소자

446...발광 소자 PCB 500...받침판

505...제어부 510...스위치 노브

520...절환 스위치 521...절환 스위치 램프

530...무드 램프 스위치 531...무드 램프 동작 표시등

540...기준점 610...공전 모터

611...공전 모터축 620...자전 모터

621...자전 모터축 690...조인트 슬리브

700...전원부 710...고정 PCB

711...트랙 랜드 712,712a,712b...랜드 홀

720...회전 PCB 721...접촉 단자

723...커넥터

Claims (13)

1. 삭제
2. 자전축을 중심으로 회전되는 지구본;

   상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의;

   상기 자전축을 구동하는 자전 모터;

   상기 공전축을 구동하는 공전 모터;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함하며,

   상기 제어부는, 상기 지구본 및 상기 천구의가 수동 회전되도록 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 오프시키는 수동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 360˚회전시킬때 상기 공전 모터를 간헐 구동하여 상기 천구의를 (360/365.2422)˚회전시키는 실시간 자동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 1시간당 1/24회전보다 빠른 속도로 회전시키고 상기 공전 모터는 오프시키는 고속 지구 자전 모드, 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 모두 구동하여 상기 지구본 및 상기 천구의를 10:1의 회전 속도비로 상기 실시간 자동 모드보다 더 고속으로 회전시키는 더블 고속 모드를 포함하는 복수의 모드에서 하나 선택된 모드로 상기 자전 모터 및 상기 구동 모터를 각각 제어하는 천체 모형 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 전원부는, 외부 전원이 인가되는 원형의 트랙 랜드들이 래디얼 방향으로 이격 형성되는 고정 PCB와, 상기 공전 모터 또는 상기 자전 모터에 전기적으로 연결되는 접촉 단자가 배치된 회전 PCB를 구비하고,

   상기 천구의 또는 상기 지구본의 회전시 상기 회전 PCB가 상기 고정 PCB를 누르는 상태에서 회전되며,

   상기 회전 PCB의 회전시 상기 접촉 단자가 상기 트랙 랜드에 접촉된 채 회전됨으로써 상기 공전 모터 또는 상기 자전 모터에 전원이 공급되는 천체 모형 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 공전 모터는 받침판에 고정 설치되고,

   상기 공전 모터의 회전축인 공전 모터축이 상기 공전축과 연결되며,

   상기 자전 모터의 회전축인 자전 모터축이 상기 자전축과 연결되고,

   상기 자전축은 상기 공전축에 대하여 23.5˚기울어지게 설치되며,

   상기 자전 모터는 상기 공전축에 대하여 편심된 위치에 마련되어 상기 천구의의 회전시 상기 공전축을 중심으로 회전되며,

   상기 자전 모터는 상기 회전 PCB에 연결되고 상기 고정 PCB는 상기 받침판에 고정되며,

   상기 공전축에 대하여 편심된 위치에서 상기 자전 모터가 회전할 때 상기 회전 PCB가 상기 고정 PCB에 밀착된 채 상기 자전 모터와 함께 회전함으로써 상기 자전 모터에 외부 전원이 공급되는 천체 모형 장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 천구의 또는 상기 지구본을 조명하는 무드 램프;

   상기 공전 모터가 고정되며, 상기 무드 램프를 온/오프시키는 무드 램프 스위치와, 상기 수동 모드 진입 여부를 선택하는 절환 스위치와, 상기 지구본의 회전 속도를 조절하는 스위치 노브가 마련되는 받침판; 을 포함하는 천체 모형 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 절환 스위치를 오프시키면 상기 수동 모드가 선택되고,

   상기 절환 스위치를 온시키면 상기 실시간 자동 모드가 선택되며,

   상기 절환 스위치를 온시킨 상태에서 상기 스위치 노브를 돌리면 상기 고속 지구 자전 모드가 선택되고,

   상기 무드 램프 스위치 및 상기 절환 스위치를 동시에 온시키면 상기 더블 고속 모드가 선택되는 천체 모형 장치.
7. 자전축을 중심으로 회전되는 지구본;

   상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의;

   상기 자전축을 구동하는 자전 모터;

   상기 공전축을 구동하는 공전 모터;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함하며,

   상기 지구본 표면의 한 점에 접하고, 상기 천구의까지 연장되는 가상의 평면을 상기 지구본의 중심을 지나도록 평행 이동한 평면에 놓이며, 상기 지구본의 외면 및 상기 천구의의 내면 사이에 설치되고, 링 또는 원판 형상으로 마련되는 지평면판; 상기 천구의의 표면에 마련되며 달이 지나가는 자리를 표시하는 백도띠; 상기 자전축과 연동되어 시간을 표시하며, 상기 천구의의 외면에 마련되는 시간띠; 중 적어도 하나를 더 포함하는 천체 모형 장치.
8. 자전축을 중심으로 회전되는 지구본;

   상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의;

   상기 자전축을 구동하는 자전 모터;

   상기 공전축을 구동하는 공전 모터;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함하며,

   상기 천구의와 독립적으로 상기 지구본을 수동으로 회전시키는 자전축 노브가, 상기 자전축의 단부에 마련되어 상기 천구의의 외면에 노출되는 천체 모형 장치.
9. 자전축을 중심으로 회전되는 지구본;

   상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의;

   상기 자전축을 구동하는 자전 모터;

   상기 공전축을 구동하는 공전 모터;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부;

   상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부;

   상기 공전 모터가 고정되는 받침판;

   상기 자전 모터가 내부에 설치되는 제2하우징;

   상기 받침판의 상측에 회전 가능하게 놓여지는 회전판 및 상기 천구의를 연결하며 상기 공전축이 내부에 위치하는 제1하우징;

   상기 제2하우징 및 상기 제1하우징을 연결하는 하우징 브리지; 를 포함하는 천체 모형 장치.
10. 자전축을 중심으로 회전되는 지구본;

    상기 지구본을 감싸고, 공전축을 중심으로 회전되는 천구의;

    상기 자전축을 구동하는 자전 모터;

    상기 공전축을 구동하는 공전 모터;

    상기 자전 모터 및 상기 공전 모터에 전원을 인가하는 전원부;

    상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 개별적으로 제어함으로써 상기 천구의 및 상기 지구본 각각의 회전 속도를 조절하는 제어부; 를 포함하고,

    상기 공전 모터가 고정되는 받침판이 마련되며, 전원 연결시 발광되는 기준점이 상기 받침판의 상측에 마련되고, 상기 회전판의 가장 자리에 날짜 눈금이 새겨지며, 상기 날짜 눈금을 상기 기준점에 맞춤으로써 특정 일자의 상기 천구의의 위치가 조절되는 천체 모형 장치.
11. 삭제
12. 천구의 내부에 지구본이 설치된 천체 모형 장치의 구동 방법에 있어서,

    상기 천구의의 회전 중심인 공전축을 공전 모터에 연결하고,

    상기 지구본의 회전 중심인 자전축을 자전 모터에 연결하며,

    상기 지구본 및 상기 천구의가 수동 회전되도록 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 오프시키는 수동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 360˚회전시킬때 상기 공전 모터를 간헐 구동하여 상기 천구의를 (360/365.2422)˚회전시키는 실시간 자동 모드, 상기 자전 모터를 구동하여 상기 지구본을 1시간당 1/24회전보다 빠른 속도로 회전시키고 상기 공전 모터는 오프시키는 고속 지구 자전 모드, 상기 자전 모터 및 상기 공전 모터를 모두 구동하여 상기 지구본 및 상기 천구의를 10:1의 회전 속도비로 상기 실시간 자동 모드보다 더 고속으로 회전시키는 더블 고속 모드를 포함하는 복수의 모드에서 하나 선택된 모드로 상기 자전 모터 및 상기 구동 모터를 각각 제어하는 천체 모형 장치의 구동 방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 천구의 또는 상기 지구본을 조명하는 무드 램프와, 상기 무드 램프를 온/오프시키는 무드 램프 스위치와, 상기 수동 모드 진입 여부를 선택하는 절환 스위치와, 상기 지구본의 회전 속도를 조절하는 스위치 노브를 상기 천체 모형 장치에 설치하며,

    상기 절환 스위치를 오프시키면 상기 수동 모드가 선택되고,

    상기 절환 스위치를 온시키면 상기 실시간 자동 모드가 선택되며,

    상기 절환 스위치를 온시킨 상태에서 상기 스위치 노브를 돌리면 상기 고속 지구 자전 모드가 선택되고,

    상기 무드 램프 스위치 및 상기 절환 스위치를 동시에 온시키면 상기 더블 고속 모드가 선택되는 천체 모형 장치의 구동 방법.

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