KR100996849B1 - 천체 운동 모사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항성이나 행성 및 위성과 같은 천체의 상대적인 운동을 모사하는 장치에 관한 것으로, 행성 모형과 위성 모형의 운동이 실제 천체의 운동과 유사하도록 구현할 수 있으며 작동 신뢰성이 높아지며 고장없이 장시간 사용이 가능하므로 학습효과를 향상키실 수 있다.

지구, 태양, 달, 항성, 행성, 위성, 천구의, 삼구의, 지구의, 체인, 롤러.

Description

천체 운동 모사 장치{APPARATUS FOR SIMULATING MOVEMENT OF HEAVENLY BODIES}

본 발명은 천체 운동 모사 장치에 관한 것으로, 항성이나 행성 및 위성의 상대적인 운동을 모사하는 장치에 관한 것이다.

천체의 운동은 물리학적인 법칙에 따라 규칙적으로 일어나기 때문에 수학적으로 표현하거나 예측하는 것이 가능하다. 그러나 복수의 천체가 각각 운동하고 있는 태양계와 같은 경우에는, 특히 지구에서 관측되는 일식, 월식, 계절의 변화와 같은 복잡 다단한 현상들을 직관적으로 이해하는 것이 용이하지는 않다. 즉, 각 천체들의 상호 운동에 의해 발생하는 현상들에 대해 추상적인 수식이나 정지된 도면, 또는 그래프 등을 활용하여 설명하는 것에는 한계가 있으며, 이런 점에서 천체의 운동을 직접 모사할 수 있는 장치의 필요성이 나타난다.

천체의 운동을 모사하는 장치로는, 예컨대 지구의, 천구의(Celestial Globe), 삼구의와 같은 것들이 있다. 지구의는 지구의 자전을 모사할 수 있지만 본격적인 천체 운동 모사 장치라기 보다는 특수한 형태의 지도와 같은 기능을 갖고 있다. 천구의는 천구상의 항성의 위치를 구체에 표시하고 이 구체를 회전시킴으로써 별자리의 모양이나 계절에 따른 별자리의 위치 변화를 모사할 수 있다. 또한 삼구의라고 통칭되는 것은 태양, 지구, 달을 포함하는 3개의 천체를 배치하여 지구의 공전 및 자전, 달의 공전 등을 모사함으로써 지구에서의 계절의 변화나 일식, 월식 등의 천문 현상을 모사할 수 있다. 그 밖에 태양계에 속한 행성들의 공전을 모사하기 위한 태양계 운행모형과 같은 것도 있다.

이와 같은 천체 운동 모사 장치들은 천체의 운동을 직관적으로 이해할 수 있도록 함으로써 과학교재로서의 가치가 높이 평가되고 있다. 이들 중 일식, 월식, 계절변화 등과 같은 복잡한 현상을 모사하기 위한 삼구의는 다른 천체 모사 장치에 비해 훨씬 복잡한 구조를 가질 수 밖에 없는데, 이에 반비례하여 그 정밀도는 떨어지는 경향이 있다. 특히 지축이 황도면에 대해 23.5도 기울어져 있기 때문에 지구에서 계절변화가 나타나는데, 지구는 이 기울어진 각도를 유지한 채 태양 주위를 공전하므로, 이를 기구적으로 구현하는 것이 용이하지가 않다. 따라서 지금까지 알려진 삼구의는 복잡한 구조를 가짐에도 불구하고 실제 지구의 운동을 재현하기에는 부족하며, 그 결과 제작에 소요되는 비용이나 시간에 비해 과학교재로서의 활용도가 떨어진다. 이 밖에 복잡한 구조로 인해 고장 발생율이 높고 사용수명도 충분하지 못하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 실제 천체의 운동을 정밀하게 모사할 수 있는 천체 운동 모사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 신뢰성 높은 작동 구조를 가지며 충분한 사용 수명을 가진 천체 운동 모사 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치는, 베이스디스크와, 상기 베이스디스크에 회전가능하게 설치된 항성축과, 상기 항성축에 대해 회전가능하도록 상기 베이스디스크의 반경방향으로 연장되어 설치된 공전막대와, 상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 외주면이 상기 베이스디스크의 외주에 접하여 회전하는 구동롤러와, 상기 항성축과 상기 구동롤러의 회전축 사이에서 회전동력을 전달하는 동력전달수단과, 상기 항성축 또는 상기 구동롤러 중 하나를 회전구동하는 회전동력원과, 상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받는 행성용 디스크와, 상기 행성용 디스크와 동축상에서 상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력 을 전달받는 위성용 디스크와, 상기 구동롤러와 동축으로 회전하는 자전용 주동기어와, 상기 행성용 디스크에 설치된 지지대와, 상기 지지대에 회전가능하게 지지된 행성축과, 상기 행성용 디스크의 중심으로부터 이격된 지점에 회전가능하게 설치되고, 상기 자전용 주동기어와 맞물려 회전하는 자전용 종동기어와, 상기 자전용 종동기어의 회전축과 상기 행성축을 연결하는 유니버셜 조인트를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치는, 상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받는 내행성용 기어와, 상기 항성축과 동축상에서 상기 항성축에 대해 회전가능하게 설치되고, 상기 내행성용 기어와 맞물려 회전하는 내행성용 디스크를 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치는, 상기 항성축에 고정되고 상기 행성용 디스크를 향해 빛을 조사하는 광원을 더 포함할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치는, 상기 공전막대에 설치되고 상기 베이스디스크에 접하여 회전하는 캐스터를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치에 있어서, 상기 동력전달수단은, 상기 항성축에 고정된 주동 스프라켓과, 상기 구동롤러의 회전축에 고정된 종동 스프라켓과, 상기 주동 스프라켓과 종동 스프라켓에 걸쳐진 체인을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 행성용 기어는, 상기 위성용 기어에 맞물려 서로 반대방향으로 회전하며, 상기 행성용 디스크는 상기 공전막대와 반대방향으로 회전하고, 단위 시간당 회전수가 서로 동일한 것이 바람직하다. 그리고 상기 지지대는 높낮이 조절 이 가능한 것이 바람직하다. 또한 상기 베이스디스크는, 외주 측에 눈금이 새겨진 것이 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치에 있어서, 상기 베이스디스크는 타원형이고, 상기 항성축은 상기 베이스디스크가 형성하는 타원의 초점 중 어느 하나에 설치되며, 상기 공전막대는 길이가 신축되고, 상기 회전동력원은 회전속도가 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 실제 천체의 운동을 높은 정밀도로 모사할 수 있다. 또한 동력전달수단이 체인 구동기구를 이용하는 경우 작동 신뢰성이 높아지며 고장없이 장시간 사용이 가능하다. 따라서 사용자는 각 천체의 운동을 관찰할 수 있으므로 천체의 운동에 따른 계절이나 시간의 변화를 직관적으로 이해할 수 있으며 학습효과를 증진시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조로 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치의 일 실시예의 결합사시도이고, 도 2는 도 1의 실시예에서 베이스디스크를 제외한 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 정면도이다.

베이스디크스(100)는 원판 형상으로서, 다른 구성들을 지지한다. 또한 베이스디크스(100)의 외주면은 아래에서 설명할 행성 모형(60)의 공전궤도의 기준이 된다.

항성축(200)은 베이스디크스(100)의 중심에 설치되며, 베이스디크스(100)의 디스크면에 대체로 수직한 방향으로 회전가능하게 설치된다. 즉, 항성축(200)은 원형 궤도를 공전하는 행성계의 중심에 해당하는 위치에 배치되는 것으로서, 항성축(200) 상에는 항성 모형(20)을 배치함으로써 항성이 포함된 행성계를 모사할 수 있도록 한다. 한편, 항성 모형(20)을 대체하여, 또는 항성 모형(20) 내측에 광원(21)을 설치하고, 아래에서 설명할 행성 모형(60) 측으로 빛을 조사하도록 하는 것이 바람직하다.

공전막대(300)는 항성축(200)에 회전가능하게 설치되며, 항성축(200)으로부터 베이스디크스(100)의 반경방향을 따라 연장되도록 배치된다. 공전막대(300)는 아래에서 설명할 행성용 디스크(600)를 지지하며 항성축(200)과 동일한 회전축을 중심으로 회전함으로써, 행성용 디스크(600)에 설치될 행성 모형(60)의 공전 반경에 해당하는 기능을 수행하게 된다.

구동롤러(400)는 공전막대(300)의 단부에 회전가능하게 설치된다. 또한 구동롤러(400)는 롤러면이 베이스디크스(100)의 외주면에 접하도록 배치된다. 즉, 구동롤러(400)는 공전막대(300)의 항성축(200)을 향한 단부의 반대편 단부에 제1 고정블럭(310)을 통해 설치되어 베이스디크스(100)의 외주면에 접하여 회전하며, 결과적으로 행성용 디스크(600)에 설치된 행성 모형(60)의 공전속도를 결정하게 된 다. 이를 위해 구동롤러(400)는 동력전달수단(500)에 의해 항성축(200)과 연동되도록 설치되어 있다. 예컨대 항성축(200)에 주동 스프라켓(510)을 고정하고, 구동롤러(400)의 회전축에 종동 스프라켓(520)을 고정한 다음 주동 스프라켓(510)과 종동 스프라켓(520)에 체인(530)을 걸쳐 연결하는 방식을 이용할 수 있다. 이와 같은 체인 구동 방식은 각 스프라켓의 회전비를 일정하게 유지할 수 있다는 장점이 있다. 이 밖에도 주동 스프라켓(510), 종동 스프라켓(520) 및 체인(530)을 대신하여 주동 풀리, 종동 풀리 및 벨트로 동력전달수단(500)을 구성할 수도 있다. 이 경우 벨트는 각 풀리의 회전비를 정확히 유지할 수 있도록 타이밍 벨트인 것이 바람직하다. 나아가서 동력전달수단(500)은 복수의 기어를 조합한 기어세트로 구성할 수도 있다.

회전동력원(700)은 항성축(200) 또는 구동롤러(400) 중 어느 하나를 회전구동시킨다. 항성축(200)과 구동롤러(400)는 동력전달수단(500)에 의해 회전력을 서로 주고받을 수 있으므로, 둘 중 어느 하나를 회전구동하면 다른 하나도 당연히 회전하게 된다. 도 1 내지 도 3에서는 베이스디크스(100)에 고정된 전기모터로 회전동력원(700)을 형성하여 항성축(200)을 회전구동시키는 것으로 도시하고 있으나, 회전동력원(700)이 구동롤러(400)를 회전구동하도록 하는 것도 가능하다. 이때 회전동력원(700)은 공전막대(300)에 고정되어 구동롤러(400)를 회전구동하는 전기모터로 구성하게 된다. 다른 한편으로 회전동력원(700)은 회전손잡이와 같은 수동식으로 구성될 수도 있다. 이 경우 회전동력은 사용자가 회전손잡이를 회전시키는 것에 의해 발생한다.

한편, 회전동력원(700)이 항성축(200)을 회전시키면, 동력전달수단(500)에 의해 구동롤러(400)가 회전하게 되는데, 동력전달수단(500)이 특히 주동 스프라켓(510), 종동 스프라켓(520) 및 체인(530)을 포함하고 있는 경우, 별도의 스프라켓을 체인(530)에 접하게 배치함으로써 체인(530)으로부터 동력을 다른 곳으로 전달하는 것이 가능하다. 이때 추가적으로 배치될 별도의 스프라켓은 체인(530)이 형성하는 폐곡선의 내측에 배치될 수도 있으나 폐곡선의 외측에 배치될 수도 있다. 폐곡선의 내측에 추가되는 스프라켓은 주동 스프라켓(510)이나 종동 스프라켓(520)과 같은 방향으로 회전하며, 폐곡선의 외측에 추가되는 스프라켓은 주동 스프라켓(510)이나 종동 스프라켓(520)과는 반대방향으로 회전하게 되므로, 회전동력이 필요한 다른 구성의 동력원은 물론 회전방향까지 용이하게 제어할 수 있게 된다. 이와 같은 특성은 동력전달수단(500)이 체인(530)을 포함하는 경우에 가질 수 있는 다른 잇점 중 하나이다. 이들 추가적인 스프라켓의 예가 아래에서 설명할 제1 추가 스프라켓(360) 및 제2 추가 스프라켓(370)이다.

행성용 디스크(600)는 공전막대(300)에 회전가능하게 설치되고, 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받아 회전한다. 행성용 디스크(600)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받는 구체적인 방식에 대해, 도 1 내지 도 3에서는 공전막대(300)에 설치된 제2 고정블럭(320)의 하방으로 제1 추가 스프라켓(360)이 체인(530)에 맞물리도록 배치되어 있고, 보조블럭(321)을 통해 제2 고정블럭(320)의 상방에 설치된 제1 기어(160)는 제1 추가 스프라켓(360)과 함께 회전하며, 제1 기어(160)는 행성용 디스크(600)의 외주면에 형성된 기어치에 맞물려 행성용 디스 크(600)를 회전시키는 것으로 예시되어 있다. 보조블럭(321)은 제1 기어(160) 및 이하에서 설명할 제2 기어(180)의 행성용 디스크(600) 및 위성용 디스크(800)에 대한 접촉압력을 조절하기 위한 것으로, 제2 고정블럭(320)에 힌지 결합되어 행성용 디스크(600) 측으로 탄지되도록 구성된다. 이 밖에도 행성용 디스크(600)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받을 수 있는 구성이라면 어떤 것이라도 무방하다. 행성용 디스크(600)는 행성 모형(60)을 지지하기 위한 것이며, 행성용 디스크(600)의 회전은 공전막대(300)의 회전에 의해 행성 모형(60)의 자전축이 되는 행성축(640)이 항성축(200)을 중심으로 회전하는 것을 상쇄함으로써, 외부의 고정좌표계에 대해 행성 모형(60)의 자전축, 즉 행성축(640)이 세차운동을 하는 것과 같은 거동을 보이지 않도록 한다. 즉, 행성용 디스크(600)는 공전막대(300)와는 반대방향으로, 그리고 회전수는 동일하게 회전하여야 한다. 도 4는 행성용 디스크(600)를 하측에서 바라보았을 때 자전용 주동기어(610), 자전용 종동기어(620) 및 보조기어(611)의 움직임을 설명하기 위한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 행성용 디스크(600)의 하측에는 자전용 종동기어(620)가 설치되어 있으며, 자전용 주동기어(610)는 구동롤러(400)의 회전축과 함께 회전하도록 제1 고정블럭(310)에 설치되어 행성용 디스크(600)의 하방에 위치한다. 자전용 종동기어(620)는 행성용 디스크(600)의 중심으로부터 이격된 지점에 회전가능하도록 설치되어 자전용 주동기어(610)에 맞물려 회전한다. 자전용 종동기어(620)는 자전용 주동기어(610)와 같은 방향으로 회전하여야 하므로, 양자 사이에 보조기어(611)를 추가하는 것이 바람직하다. 자전용 종동기어(620)와 보조기어(611)는 모두 행성용 디스크(600)의 배면에 각각의 회전축이 고정되어 있는 형태이다. 자전용 주동기어(610)가 구동롤러(400)가 아닌 행성용 디스크(600)와 동축으로 회전하도록 설치하는 것도 가능한대, 이 경우에는 자전용 종동기어(620)는 자전용 주동기어(610)와 반대방향으로 회전하여야 하므로 보조기어(611)를 생략할 수 있다. 다만 이 경우에는 단위 시간당 공전수와 자전수의 차이가 큰 행성, 예컨대 지구와 같이 1년간 1회의 공전과 365회의 자전이 일어나는 행성의 운동을 모사하기에는 적합하지가 않다. 왜냐하면 이 경우에는 자전용 주동기어(610)와 자전용 종동기어(620)의 회전비가 1:365이어야 하기 때문이다.

자전용 종동기어(620)의 회전축의 일단은 행성용 디스크(600)를 관통하며, 그 일단은 유니버셜 조인트(630)를 통해 행성축(640)과 연결된다. 즉, 자전용 종동기어(620)의 회전축의 끝단(631)과, 행성축(640)의 끝단(632)은 서로 결합되어 하나의 유니버셜 조인트(630)를 이룬다. 유니버셜 조인트(630)의 구체적인 형태로는 십자형자재이음 방식이나 트라이포드 조인트(Tripod Joint) 등을 선택적으로 적용할 수 있다. 행성축(640)은 행성용 디스크(600)에 설치된 지지대(650)에 의해 기울어진 상태로 회전가능하게 지지되며, 그 끝단에 행성 모형(60)이 고정된다. 자전용 종동기어(620)와 지지대(650)의 위치 차이로 인해 행성축(640)은 기울어지게 되며, 이로써 행성의 자전축이 기울어진 것과 동일한 효과를 가질 수 있다. 행성축(640)의 기울어진 각도는 두 가지 요소에 의해 결정되는데, 하나는 자전용 종동기어(620)의 회전축이 행성용 디스크(600)의 중심으로부터 이격된 거리이고, 다른 하나는 지지대(650)의 높이이다. 따라서 행성축(640)의 기울어진 각도를 조절 하기 위해 지지대(650)는 높낮이를 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

위성용 디스크(800)는 공전막대(300)에 행성용 디스크(600)와 동축으로 회전가능하게 설치되며, 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 위성용 디스크(800)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받는 구체적인 방식에 대해, 도 1 내지 도 3에서는 제2 고정블럭(320)의 상측에 제2 기어(180)가 추가로 배치되어 제1 기어(160)에 맞물려 있으며, 제2 기어(180)는 위성용 디스크(800)의 외주면에 형성된 기어치에 맞물려 위성용 디스크(800)를 회전시키는 것으로 예시되어 있다. 이 밖에도 행성용 디스크(600)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받을 수 있는 구성이라면 어떤 것이라도 무방하다. 예컨대, 제1 기어(160)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받는 것과 같이 별도의 스프라켓을 추가하여 그 스프라켓에 의해 제2 기어(180)가 직접 회전하도록 할 수 있다. 한편 도 1 내지 도 3에서 위성용 디스크(800)는 행성용 디스크(600)의 윗쪽에 설치된 것으로 도시하고 있다. 이를 위해 행성용 디스크(600)에 원형의 림(605)을 형성하고, 위성용 디스크(800)는 링 형상으로써 이 림(605)에 회전가능하도록 설치된다. 이는 행성용 디스크(600)의 하방에 위치하는 자전용 주동기어(610) 및 자전용 종동기어(620), 그리고 지지대(650)와의 공간적인 간섭을 피하기 위한 것이므로, 위성용 디스크(800)가 반드시 행성용 디스크(600)의 윗쪽에 설치되어야 하는 것은 아니며, 아랫쪽에 설치되어도 무방하다. 즉, 행성용 디스크(600)의 림(605)을 하방으로 설치하고 위성용 디스크(800)가 행성용 디스크(600)의 하방에 위치하도록 할 수도 있는데, 이 경우 공간적인 간섭을 피하기 위해 자전용 주동기어(610) 및 자전용 종동기어(620) 등의 구성은 반대로 행성용 디스크(600)의 상방으로 위치변경될 수도 있다. 위성용 디스크(800)는 행성에 속해 있는 어느 한 위성의 운동을 모사하기 위한 것으로, 위성 모형(80)이 설치되며, 해당 위성 모형(80)의 공전궤도의 기준이 된다.

캐스터(350)는 공전막대(300)의 하부에 배치되며, 공전막대(300)가 하중에 의해 처지하는 것을 방지할 수 있도록 베이스디크스(100)에 대해 구름지지한다. 캐스터(350)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 베이스디크스(100)의 외주면이 도면 방향을 기준으로 상하 방향으로 수직하게 형성되어 있는 경우에 특히 유용하다. 다만, 예컨대 베이스디크스(100)의 외주면이 경사곡면으로 이루어지고, 구동롤러(400) 또한 이에 상응하는 형상으로 이루어져, 전체적으로 베이스디크스(100)와 구동롤러(400)가 한 쌍의 베벨기어와 같은 배치상태를 가진 경우 등과 같이 공전막대(300)의 하중에 의한 처짐을 지지할 수 있는 구조라면 캐스터(350)를 생략할 수도 있다.

베이스디크스(100)의 외주 측에는 눈금을 새기는 것이 바람직한대, 특히 지구를 포함한 태양계의 운동을 모사하기 위한 경우, 베이스디크스(100)의 외주는 지구의 공전궤도에 상당하므로, 여기에 새겨진 눈금은 달력과 같은 기능을 할 수 있다. 따라서 사용자는 행성의 위치에 따른 계절 변화와 함께 달력 상의 날짜 변화를 직관적으로 비교하면서 학습할 수 있다.

한편, 행성 모형(60)이 지구에 해당하고, 위성 모형(80)이 달에 해당하는 경우, 수성 및 금성과 같은 내행성의 운동을 동시에 모사하게 할 수도 있다. 이를 위해 항성축(200)과 동일한 회전축을 중심으로 회전하며, 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받으며, 공전막대(300)에 제4 고정블럭(340)을 통해 설치되는 내행성용 디스크(910,920)를 추가하는 것이 바람직하다. 내행성용 디스크(910,920)가 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받도록 하기 위해, 도 1 내지 도 3에서는 공전막대(300)에 설치된 제3 고정블럭(330)의 하방으로 제2 추가 스프라켓(370)이 체인(530)에 맞물리도록 배치되어 있고, 제2 보조블럭(331)을 통해 제3 고정블럭(330)의 상방에 설치된 제3 기어(191)는 제2 추가 스프라켓(370)과 함께 회전하며, 제3 기어(191)는 제1 내행성용 디스크(910)의 외주면에 형성된 기어치에 맞물려 제1 내행성용 디스크(910)를 회전시키는 것으로 예시되어 있다. 제2 보조블럭(331)은 앞서 설명한 제1 보조블럭(321)과 마찬가지로, 제3 기어(191) 및 제4 기어(192)의 각 내행성용 디스크(910,920)에 대한 접촉압력을 조절하기 위해 제3 고정블럭(330)에 힌지 결합되어 내행성용 디스크 측으로 탄력지지되어 있다. 제2 내행성용 디스크(920) 또한 제1 내행성용 디스크(910)와 마찬가지로 항성축(200)과 동일한 회전축을 중심으로 회전가능하도록 설치되며, 동력전달수단(500)으로부터 회전력을 전달받는다. 도 1 내지 도 3에서는 제3 고정블럭(330)에 제4 기어(192)를 설치하여 제5 기어(193)를 통해 제3 기어(191)에 맞물리도록 하고, 제2 내행성용 디스크(920)는 제4 기어(192)에 맞물려 회전하는 것으로 예시하고 있다. 제5 기어(193)는 제4 기어(192)가 제3 기어(191)와 같은 방향으로 회전하도록 하기 위한 것이다. 같은 방식으로 내행성용 디스크를 더 추가하는 것도 가능하다.

한편 동력전달수단(500)의 체인(530)의 장력을 조절하기 위해 체인(530)의 운동을 안내하는 아이들러(380)와 같은 것을 추가로 배치할 수 있다.

이상과 같은 구조로서 어느 하나의 항성 주변을 공전하면서 자전하는 행성의 운동을 모사할 수 있다. 또한 이 행성 주변을 공전하는 위성의 운동까지 모사할 수 있다. 특히 행성의 자전축이 공전 궤도면에 대해 기울어진 상태로 운동하는 것도 정확히 모사할 수 있다. 예컨대 태양을 중심으로 공전하는 지구와, 지구 주변을 공전하는 달의 운동을 매우 흡사하게 모사할 수 있는 것이다. 그러나 본 발명은 지구, 달, 태양 사이의 운동만 모사하는 데에 국한되지 않으며, 예컨대 여러 개의 위성을 거느리고 있는 목성 및 그 위성들과 태양 사이의 운동도 모사할 수 있다. 이 경우 위성용 디스크를 복수 개 설치하면 된다. 나아가서 태양계 외부의 다른 행성계의 운동도 모사할 수 있다.

본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다. 설명에 있어서 각 회전하는 구성의 회전방향은 모두 상방에서 내려다본 경우, 즉 태양계의 경우 황도 북극에서 내려다보았을 때시계방향(CW) 및 반시계방향(CCW)으로 구별하여 각 구성과 병기한다.

먼저 회전동력원(700)을 작동시켜 항성축(200)을 회전시킨다. 그러면 항성축(200)(CCW)과 함께 회전하는 주동 스프라켓(510)(CCW)이 체인(530)에 의해 구동롤러(400)의 회전축에 고정된 종동 스프라켓(520)(CCW)을 회전시키고, 결과적으로 구동롤러(400)(CCW)를 회전시킨다. 구동롤러(400)는 롤러면이 베이스디크스(100)의 외주면에 접하고 있으므로, 베이스디크스(100)에 대해 공전막대(300)(CCW)를 항 성축(200)(CCW)에 대해 회전시킨다. 공전막대(300)(CCW)와 항성축(200)(CCW)의 회전수는 경우에 따라 같을 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 항성축(200)은 회전동력원(700)에 의해 회전하지만 공전막대(300)는 구동롤러(400)의 회전에 의해 회전하므로, 결국 공전막대(300)와 항성축(200)의 회전수 차이는 주동 스프라켓(510)과 종동 스프라켓(520)의 회전비에 따라 결정된다.

공전막대(300)(CCW)에 설치된 행성용 디스크(600) 또한 항성축(200)을 중심으로 반시계방향으로 공전한다. 이후에 다시 설명하겠거니와, 주목해야할 점은 행성용 디스크(600) 자체의 회전, 즉 자전은 시계방향이라는 것이다. 제1 추가 스프라켓(360)(CCW)은 체인(530)(CCW)이 형성하는 폐곡선 내측에서 체인(530)에 맞물려 있으므로 역시 반시계 방향으로 회전하며, 제1 추가 스프라켓(360)(CCW)과 함께 제1 기어(160)(CCW)가 회전한다. 제1 기어(160)(CCW)에 맞물리 행성용 디스크(600)(CW)가 공전막대(300)에 대해 회전, 즉 자전하게 되는데, 행성용 디스크(600)(CW)의 자전은 단위시간당 회전수가 공전막대(300)(CCW)의 그것과 같으면서 양자의 회전방향이 서로 반대이므로, 결국 외부의 고정좌표계에서 볼 때 행성용 디스크(600)는 공전은 하되 자전은 하지 않는 것과 같은 움직임을 보인다. 한편 구동롤러(400)(CCW)의 회전축에는 자전용 주동기어(610)(CCW)가 고정되어 있고, 자전용 종동기어(620)(CCW)는 보조기어(611)를 통해 자전용 주동기어(610)(CCW)에 맞물려 있다. 자전용 종동기어(620)(CCW)에 유니버셜 조인트(630)로 연결된 행성축(640)(CCW)은 지지대(650)의 높이에 따라 행성축의 공전궤도면에 대한 각도를 조절할 수 있게 된다. 자전용 주동기어(610)와 자전용 종동기어(620) 및 보조기 어(611)의 기어비를 통해 행성축(640)의 회전속도, 즉 행성 모형(60)의 자전 속도를 조절할 수 있다.

제2 기어(180)(CW)는 제1 기어(160)(CCW)에 맞물려 회전하며, 위성용 디스크(800)(CCW)는 제2 기어(180)(CW)에 맞물려 회전하게 된다. 따라서 제1 추가 스프라켓(360), 제1 기어(160), 제2 기어(180) 및 위성용 디스크(800)의 기어비는 위성 모형(80)의 공전 속도를 결정하게 된다.

제1 내행성용 디스크(910)(CCW) 및 제2 내행성용 디스크(920)(CCW)의 움직임 또한 같은 원리로 설명될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치의 다른 실시예의 개략 평면도이다.

설명의 편의를 도면에서는 이심율이 과장되게 표현되어 있지만, 앞선 실시예와 달리 베이스디크스(100)가 타원형으로 이루어져 있으며, 항성축(200)은 베이스디크스(100)의 두 초점(A) 중 어느 하나에 배치되어 있다. 또한 공전막대(300)는 길이가 신축되는 구조로 이루어져 있는데, 구동롤러(400)가 베이스디크스(100)의 외주면 측으로 압박될 수 있도록 공전막대(300)는 길이가 짧아지는 측으로 탄성력이 가해지는 것이 바람직하다. 이상과 같은 특징은 케플러 제1 법칙인 타원궤도의 법칙을 보다 정밀하게 구현하기 위한 것이다. 한편 케플러 제2 법칙인 면적속도 일정의 법칙을 구현하기 위해 회전동력원(700)은 그 회전속도를 조절할 수 있는 전기모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치의 일실시예의 결합사시도이고,

도 2는 도 1의 실시예의 분해사시도이며,

도 3은 도 1의 실시예의 정면도이고,

도 4는 도 1의 실시예의 행성용 디스크의 저면 구조를 도시한 개념도이며,

도 5는 본 발명에 따른 천체 운동 모사 장치의 다른 실시예의 개략 평면도이다.

Claims (9)

1. 베이스디스크와,

   상기 베이스디스크에 회전가능하게 설치된 항성축과,

   상기 항성축에 대해 회전가능하도록 상기 베이스디스크의 반경방향으로 연장되어 설치된 공전막대와,

   상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 외주면이 상기 베이스디스크의 외주에 접하여 회전하는 구동롤러와,

   상기 항성축과 상기 구동롤러의 회전축 사이에서 회전동력을 전달하는 동력전달수단과,

   상기 항성축 또는 상기 구동롤러 중 하나를 회전구동하는 회전동력원과,

   상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받는 행성용 디스크와,

   상기 행성용 디스크와 동축상에서 상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받는 위성용 디스크와,

   상기 구동롤러와 동축으로 회전하는 자전용 주동기어와,

   상기 행성용 디스크에 설치된 지지대와,

   상기 지지대에 회전가능하게 지지된 행성축과,

   상기 행성용 디스크의 중심으로부터 이격된 지점에 회전가능하게 설치되고, 상기 자전용 주동기어와 맞물려 회전하는 자전용 종동기어와,

   상기 자전용 종동기어의 회전축과 상기 행성축을 연결하는 유니버셜 조인트를 포함하여 이루어진 천체 운동 모사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공전막대에 회전가능하게 설치되고, 상기 동력전달수단으로부터 회전력을 전달받는 내행성용 기어와,

   상기 항성축과 동축상에서 상기 항성축에 대해 회전가능하게 설치되고, 상기 내행성용 기어와 맞물려 회전하는 내행성용 디스크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 항성축에 고정되고 상기 행성용 디스크를 향해 빛을 조사하는 광원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 공전막대에 설치되고 상기 베이스디스크에 접하여 회전하는 캐스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 동력전달수단은,

   상기 항성축에 고정된 주동 스프라켓과,

   상기 구동롤러의 회전축에 고정된 종동 스프라켓과,

   상기 주동 스프라켓과 종동 스프라켓에 걸쳐진 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 행성용 기어는, 상기 위성용 기어에 맞물려 서로 반대방향으로 회전하며,

   상기 행성용 디스크는 상기 공전막대와 반대방향으로 회전하고, 단위 시간당 회전수가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 지지대는 높낮이 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 베이스디스크는,

   외주 측에 눈금이 새겨진 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 베이스디스크는 타원형이고,

   상기 항성축은 상기 베이스디스크가 형성하는 타원의 초점 중 어느 하나에 설치되며,

   상기 공전막대는 길이가 신축되고,

   상기 회전동력원은 회전속도가 조절되는 것을 특징으로 하는 천체 운동 모사 장치.

Images