CN216084089U - 一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，主要包括环形钟表盘、地球仪、黄道盘、太阳指针、驱动装置等，其中黄道盘包括星座刻度圈、节气刻度圈、黄道刻度圈和日期圈。钟表盘、地球仪和太阳指针各自由驱动装置驱动，运转一周的时间分别为24小时、23小时56分4秒和365.2422天，通过三者的动态变化，可实时读取太阳指针对应的区时、真太阳时、星座、节气、太阳黄经和日期，精确演示太阳在地球表面直射点和天球上投影的位置变化以及由此带来的时间、昼夜、四季、节气和星空变换，使人们理解时间与地球自转公转的关系以及东西方传统文化与天文的关系。

Description

一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟

技术领域

本实用新型涉及教学演示用具和工艺品技术领域，尤其是涉及一种通过地球和太阳相对位置关系实时演示时间的时钟。

背景技术

我们日常所用的时间是协调世界时和在此基础上确定的区时，该时间的划分与天体视运动尤其是太阳视运动息息相关。很多人对时间的认识会有误区，认为一天24小时，是因为地球自转一圈是24小时，实际上并不准确。一天指的是一个昼夜，即太阳视运动一周，即太阳直射点在地球表面运动一周才是24小时，而地球自转一周的时间是23小时56分4秒。太阳视运动除了跟地球自转相关还与地球的公转相关，因此可以将太阳视运动分解为太阳周日视运动和太阳周年视运动。通过地球仪匀速转动可表现地球自转和太阳周日视运动，通过模拟太阳在黄道上的非匀速运动可表现地球公转和太阳周年视运动，将时钟和地球自转公转结合起来可以非常清晰的演示出时间与地球自转公转的关系，以及地球公转带来的日期与四季、节气、星座的关系。

国外有少量的通过地球仪和模拟太阳表现时间的钟表，例如美国的史密森尼天文钟、德国赫姆勒星象钟等，但这些钟表过于复杂且无法精确表示太阳的直射点。目前也有一些专利文件涉及到相关内容，但要么单独表现地球自转与时间的关系，要么单独表现地球公转，没有将时间、地球自转和公转统一表现的钟表。

发明内容

鉴于以上，本实用新型提供了一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，该时钟能够使使用者了解地球自转和公转带来的太阳直射点在地球表面的变化，以及太阳在黄道上的位置变化，理解日期与星座、节气的对应关系以及季节变化、昼夜长短的变化原因。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特殊之处在于，包括基座，以及基于该基座所安装的：

环形钟表盘，由表盘驱动组件控制其转动；

地球仪，通过地球仪支柱转动安装于环形钟表盘的上方，所述地球仪支柱由地球仪驱动组件提供转动扭矩；

黄道盘，经由黄道盘支柱架设于地球仪的外周，包括星座刻度圈、节气刻度圈、黄道刻度圈、日期圈和太阳指针。

所述表盘驱动组件包括时钟盘驱动电机，由时钟盘驱动电机输出连接的减速齿轮，以及固定于环形钟表盘的内周的时钟环形齿轮，所述减速齿轮与时钟环形齿轮啮合传动。

所述时钟盘驱动电机的下侧，安装有用以校准环形时钟盘转动角度的时钟盘磁性编码器。

所述地球仪支柱自下而上贯穿伸入地球仪的内部，地球仪的顶点处设有可沿地球仪的顶点旋转的区时指示器。

所述地球仪驱动组件包括地球仪驱动电机，所述地球仪驱动电机的电机轴输出连接地球仪支柱。

所述地球仪驱动电机的下方安装有用于校准地球仪角度的地球仪磁性编码器。

所述黄道盘支柱为中空管状结构，下端固定于底座上，上端连接至黄道盘上；所述黄道盘为环式中空盘状结构，其与底座平面的倾斜角度为23° 27′，所述黄道盘的圆心与地球仪的球心重合。

所述黄道盘上安装有沿黄道盘逆时针转动的太阳指针，所述太阳指针的驱动组件包括太阳指针驱动电机，所述太阳指针驱动电机通过蜗轮蜗杆减速机驱动连接置于黄道盘支柱的中空管腔内传动杆下端，所述传动杆的上端通过齿轮与位于黄道盘内部的太阳指针环形齿轮啮合，所述太阳指针环形齿轮上安装有太阳指针。

在所述太阳指针驱动电机的下部同样安装有用于校准太阳指针角度的太阳指针磁性编码器。

所述基座为空腔结构或在其上部安装一个具有容置空间的底座，该基座的空腔结构或具有容置空间的底座用以提供各驱动电机及相关传动部件的容置。

本实用新型的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，结构设计科学合理，功能全面多样，能够将时间、地球自转和公转的位置关系及相关功能统一表现出来，以便更加了解地球自转和公转带来的太阳直射点在地球表面的变化，以及太阳在黄道上的位置变化，理解日期与星座、节气的对应关系以及季节变化、昼夜长短的变化原因，具有较好的教学演示功能及艺术欣赏价值。

附图说明

图1：实施例一的时钟整体外部结构示意图；

图2：实施例一的时钟内部结构示意图；

图3：图1中的黄道盘结构示意图；

图4：太阳指针和环形齿轮驱动装置结构示意图；

图5：地球仪和时钟盘驱动装置结构示意图；

图6：时区基准经线和节气线示意图；

图7：区时指示器结构示意图；

图8：黄道盘各区域和刻度示意图；

图9:2021年不同日期对应的时差分布图；

在图中，1、基座，2、底座，3、驱动电机，3-1、时钟盘驱动电机，3-2、地球仪驱动电机，3-3、太阳指针驱动电机，4、环形钟表盘，5、时钟环形齿轮，6、地球仪支柱，7、地球仪，8、区时指示器，9、黄道盘，9-1星座圈，9-2、节气圈，9-3、黄道刻度圈，9-4、日期圈，10、黄道盘支柱，11、太阳指针，12、太阳指针环形齿轮，13、传动杆，14、磁性编码器，14-1 时钟盘磁性编码器，14-2地球仪磁性编码器，14-3太阳指针磁性编码器， 15、蜗轮蜗杆减速机。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其结构主要包括基座1、底座2、环形钟表盘4、地球仪7、黄道盘9，其中：

所述底座2固定于基座1上，为内部具有容置空间的圆柱形空腔结构，该空置空间用以安装一些用以演示环形钟表盘4、地球仪7和黄道盘9的相关功能的配套组件。

所述环形钟表盘4转动安装于底座2上表面的中间位置，其由配置于底座空腔内部的时钟盘驱动电机3-1进行驱动，所述时钟盘驱动电机3-1输出连接有减速齿轮，所述环形钟表盘4的内周固连有时钟环形齿轮5，所述减速齿轮与时钟环形齿轮5啮合传动，时钟盘驱动电机3-1通过减速齿轮和时钟环形齿轮5驱动环形钟表盘4匀速逆时钟转动，转动速度为24小时旋转一周，即采用24小时制。所述时钟盘驱动电机3-1的下侧，安装有用以校准环形时钟盘转动角度的时钟盘磁性编码器14-1。

所述地球仪7通过地球仪支柱6支撑安装于环形钟表盘4的上方，所述地球仪支柱6自下而上贯穿伸入地球仪7的内部，用以实现地球仪的转动，在所述地球仪支柱6的下部安装有地球仪驱动电机3-2，所述地球仪驱动电机3-2安装于底座2的容置空间内，其电机轴向上输出连接至地球仪支柱6 的底端，地球仪支柱6向上贯穿连接至地球仪7的顶端，该底端与顶端分别为两极的位置。所述地球仪驱动电机3-2的转动速度为逆时针每23小时56 分4秒匀速旋转一周。所述地球仪7的顶点处设有区时指示器8，所述区时指示器8可沿地球仪的顶点旋转，所述区时指示器8顺时针标注01-24，如图7所示。在所述地球仪驱动电机3-2的下方安装有用于校准地球仪7角度的地球仪磁性编码器14-2。

本实施例的地球仪7，其表面除具有常规地图外，还具有节气线和时区基准线等，如图6所示。所述节气线为每个节气太阳直射点对应的纬线圈，每个节气对应的太阳直射点纬度如表1所示。所述时区基准线为以零度经线开始每隔15°画一条经线，该经线即为各时区基准经线，赤道两侧分别标注每条经线的经度和时间整点值。例如东八区用户在东经120°经线处标注12，东经135°经线处标注13，向西依次类推至24，东经105°经线处标注11，向东依次类推至1。

表1 二十四节气对应的太阳黄经和赤纬值

所述黄道盘9经由若干黄道盘支柱10架设于地球仪7的外周，所述黄道盘支柱10为中空管状结构，下端固定于底座1上，上端连接至黄道盘9 上。所述黄道盘9为环式中空盘状结构，其与底座1平面的倾斜角度为23° 27′，所述黄道盘9的圆心与地球仪7的球心重合。

所述黄道盘9包括星座刻度圈9-1、节气刻度圈9-2、黄道刻度圈9-3 和日期圈9-4，其刻度对应关系如图8所示。黄道刻度圈9-3刻度为逆时针 0°-360°，星座刻度圈9-1逆时针排列，其区域与黄经的对应关系按照2021 年1月1日零时计算，节气刻度圈9-2逆时针排列，其区域与黄经的对应关系如表2所示。

表2 十二星座对应的黄经范围(°)

所述日期圈9-4通过滑轨安装于黄道刻度圈9-3一侧，且可沿黄道刻度圈9-3转动，日期圈9-4刻度为非均匀分布，每天的黄经宽度与日期相关，变化值为57.19′-61.18′，每天的黄经变化值如表3所示，二月份设置 28.2422天，在2月28日24时刻度之后留有14.6′的空隙。

表3 每天太阳黄经变化值表(′)

在所述黄道盘9上安装有沿黄道盘逆时针转动的太阳指针11，所述太阳指针11的转动是通过以下驱动结构实现的：在底座2的容置空间内安装有太阳指针驱动电机3-3，所述太阳指针驱动电机3-3通过蜗轮蜗杆减速机15 驱动连接置于黄道盘支柱10的中空管腔内传动杆13下端，所述传动杆13 的上端通过齿轮与位于黄道盘9内部的太阳指针环形齿轮12啮合，所述太阳指针环形齿轮12上安装有太阳指针11，由此而实现太阳指针11在黄道盘9上的转动，其转动速度为365.2422天转动一周。在所述太阳指针驱动电机 3-3的下部同样安装有用于校准太阳指针11角度的太阳指针磁性编码器 14-3。

本实施例的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其使用方法介绍如下：

1、日期圈调整方法。

由于太阳周年视运动一周的时间为365.2422天，为非整数值，因此历法制定需设置闰年。闰年导致的结果是各节气对应的时间会有所变动，本实用新型将日起圈设置为可调整的结构，每年对日期圈进行一次调整，调整后一年之内的各节气时刻与日期盘准确对应，可准确读取各节气对应的日期。

调整方法为：查询当前年度的春分点时刻，每年3月1日或之后时间转动日期圈9-4，使黄道刻度圈9-3的0刻度线对转日期盘春分时刻的位置。

2、通过太阳指针读取时间的方法。

通过太阳指针读取时间的方法。太阳视运动一周为24小时，太阳在地球表面的直射点对应的经度每变化1°对应的时间是约4分钟，每变化15°对应的时间约1小时。本实用新型中的太阳指针模拟的是真太阳对应的地球表面的直射点，因此读取太阳指针在地球仪表面的经度即可读取所使用的区时基准经线的真太阳时，基准经线对应的真太阳时减去当天的时差即可得到区时。例如，假设使用者位于东八区，日期为2021年8月1日，太阳指针对应的经度为153度，如图6所示。使用者使用的时间是北京时间，该时区对应的基准经线为东经120°，当太阳指针的经度为东经120°时，东经 120°处的真太阳时为12：00，当太阳直射点位于东经153°时，对应基准经线的真太阳时为09:48。通过查表4或图9可知，8月1日对应的时差大约为-6.4分，因此此时的区时即北京时间为09：54。表4为2021年的时差值，由于公历年和回归年的差异，以及闰年和平年的差异，实际的时差可能是前后2天内的数据，误差可忽略不计。

表4 2021年不同日期对应的时差

3、区时指示器使用方法。

当使用不同时区的区时时，旋转区时指示器，使12刻度对准该时区的基准经线，使用区时指示器上的刻度代替地球仪赤道处的整点值，然后按照方法2即可读取该时区的区时。例如，当使用者需读取纽约时间时，将区时指示器12对准西五区基准经线即西经75°经线，如图6所示。当太阳直射点位于东经153°时，对应基准经线的真太阳时为2021年7月31日20:48，减去时差可得纽约时间为2021年7月31日20：56。

本实施例的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，结构科学紧凑，功能多样全面，能够使使用者了解地球自转和公转带来的太阳直射点在地球表面的变化，以及太阳在黄道上的位置变化，理解日期与星座、节气的对应关系以及季节变化、昼夜长短的变化原因。

综上所述，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟习此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，包括基座，以及基于该基座所安装的：

环形钟表盘，由表盘驱动组件控制其转动；

地球仪，通过地球仪支柱转动安装于环形钟表盘的上方，所述地球仪支柱由地球仪驱动组件提供转动扭矩；

黄道盘，经由黄道盘支柱架设于地球仪的外周，包括星座刻度圈、节气刻度圈、黄道刻度圈、日期圈和太阳指针。

2.如权利要求1所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述表盘驱动组件包括时钟盘驱动电机，由时钟盘驱动电机输出连接的减速齿轮，以及固定于环形钟表盘的内周的时钟环形齿轮，所述减速齿轮与时钟环形齿轮啮合传动。

3.如权利要求2所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述时钟盘驱动电机的下侧，安装有用以校准环形时钟盘转动角度的时钟盘磁性编码器。

4.如权利要求1所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述地球仪支柱自下而上贯穿伸入地球仪的内部，地球仪的顶点处设有可沿地球仪的顶点旋转的区时指示器。

5.如权利要求4所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述地球仪驱动组件包括地球仪驱动电机，所述地球仪驱动电机的电机轴输出连接地球仪支柱。

6.如权利要求5所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述地球仪驱动电机的下方安装有用于校准地球仪角度的地球仪磁性编码器。

7.如权利要求1所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述黄道盘支柱为中空管状结构，下端固定于底座上，上端连接至黄道盘上；所述黄道盘为环式中空盘状结构，其与底座平面的倾斜角度为23°27′，所述黄道盘的圆心与地球仪的球心重合。

8.如权利要求7所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述黄道盘上安装有沿黄道盘逆时针转动的太阳指针，所述太阳指针的驱动组件包括太阳指针驱动电机，所述太阳指针驱动电机通过蜗轮蜗杆减速机驱动连接置于黄道盘支柱的中空管腔内传动杆下端，所述传动杆的上端通过齿轮与位于黄道盘内部的太阳指针环形齿轮啮合，所述太阳指针环形齿轮上安装有太阳指针。

9.如权利要求8所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

在所述太阳指针驱动电机的下部同样安装有用于校准太阳指针角度的太阳指针磁性编码器。

10.如权利要求1所述的一种具有演示地日相对位置关系及相关功能的时钟，其特征在于，

所述基座为空腔结构或在其上部安装一个具有容置空间的底座，该基座的空腔结构或具有容置空间的底座用以提供各驱动电机及相关传动部件的容置。

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