专利名称：宇宙太阳光发电系统、携带型小功率电子设备、接收天线装置和电力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在宇宙空间中接受太阳光进行发电，用微波把发电的直流电力传送到宇宙空间中，通过微波接收天线(通称为接收天线)接收而变换为DC功率进行利用的宇宙太阳光发电系统以及通过上述宇宙太阳光发电系统而得到驱动功率的携带型小功率电子设备。
现有技术作为利用太阳光的发电系统，较小的是太阳能电池，除此之外，还有家庭用的设置在建筑物上的太阳能发电板等。这些地面上的太阳光发电在原理上由于大气所引起的太阳光的衰减和昼夜的阴阳，而效率不高。而且，在宇宙空间中的太阳光发电中，安装在人造卫星上的太阳能电池板是公知的，该人造卫星自己生成观测和通信等所需要的电力，而完成任务。而具有在该特定设备中利用由有线连接在特定设备上的太阳能电池所产生的发电能量的形态。
另一方面，对于在宇宙空间中接受太阳光进行发电，把其传送到特定的场所例如地球上和宇宙空间内的特定位置上的系统，由以前的宇宙开发的成果所产生的通信技术的进展和大规模宇宙构造物的构筑技术等所支持，研究开发盛行。作为这样的宇宙太阳光发电系统的例子，考虑这样的系统在宇宙空间中配置单机的超大型发电卫星或者多个中·小规模发电卫星，在各个发电卫星中会聚太阳光，变换成电能后，把从该电能生成的微波发送到地面上等的电力基地，由设在电力基地中的微波接收天线(接收天线)集中地进行接收·整流，作为DC功率取出，供给现有的商业电力网。成为这样的构造原则上，从现有的商业电力网得到以现有的携带型电子设备为主的电子设备的驱动功率，特别是，对于携带型电子设备，当得到驱动功率时，必须连接到现有的商业电力网上进行充电等，在携带性上是不彻底的构造。而且，具有使用化学电池等的蓄电池的携带型电子设备，但是，只能在蓄电池中蓄积的电力存在的期间能够进行驱动，是必须始终留意电力的剩余量的构造。
发明所要解决的课题在上述这样的宇宙太阳光发电系统中，地面上的接收天线成为实现性高的尺寸，把发送微波集中送电到地面上的电力基地的接收天线上，因此，接收天线半径与发送天线半径的倒数成比例，因此，必须使发电卫星的发送天线尺寸大型化·大规模化。例如，当发送天线的直径为1km时，接收天线的直径为7km的研究报告被公布。但是，在宇宙中、地面上制作这样的大型天线的例子还没有，而且，从实现性的观点考虑，存在很多应当解决的问题。
为了解决上述这样的问题，本发明的目的是提供一种不需要设置直径为几km～十几km的大规模接收天线的地面上电力基地的宇宙太阳光发电系统，即，使从宇宙机发送天线所发送的微波扩散，照射到都市中等电力消费区域的比较宽阔的区域中，在该宽阔的照射区域中，不设置地面上电力基地，只需要通过分散存在的不特定多个小规模的接收天线来取得电力。
用于解决课题的措施第1项的发明所涉及的宇宙太阳光发电系统，在宇宙空间中把太阳光会聚，接收所会聚的太阳光而生成电能，从生成的电能来生成微波，用接收天线接收通过发送天线进行发送的来自宇宙太阳光发电卫星的发送微波，然后，变换为DC功率，成为电力源，其特征在于，使来自上述宇宙太阳光发电卫星的发送微波扩散，照射到以都市为代表的电力消耗区域中。
第2项的发明所涉及的携带型小功率电子设备，包括微波接收天线；把微波变换成DC功率并进行整流的整流电路；合成DC功率的功率合成部，接收来自宇宙太阳光发电卫星的发送微波，得到驱动功率。
第3项的发明所涉及的携带型小功率电子设备，在第2项的发明所涉及的携带型小功率电子设备中，把小型的接收天线内置在携带型小功率电子设备的壳体内。
第4项的发明所涉及的接收天线装置，包括接收天线，接收从宇宙太阳光发电卫星所扩散并照射到以都市为代表的电力消费区域上的微波；整流电路，把由该接收天线接收的微波变换为DC功率并进行整流；供电接口，供给从该整流电路所输出的功率作为携带型小功率电子设备的驱动功率。
第5项的发明所涉及的接收天线装置，包括接收天线，接收从宇宙太阳光发电卫星所扩散并照射到以都市为代表的电力消费区域上的微波；整流电路，把由该接收天线接收的微波变换为DC功率并进行整流；AC变换器，把该整流电路的输出进行DC-AC变换；供电接口，供给从该整流电路所输出的功率作为携带型小功率电子设备的驱动功率。
第6项的发明所涉及的电力系统，把太阳光进行会聚，接收所会聚的太阳光而生成电能，从生成的电能来生成微波，用接收天线接收通过发送天线进行发送的来自送电基地的发送微波，然后，变换为DC功率，成为电力源，其特征在于，使来自上述送电基地的发送微波扩散，照射到以都市为代表的电力消耗区域中。
附图的简要说明
图1是表示现有的宇宙太阳光发电系统中的发电卫星和该系统的全体构成的概念图；图2是表示本发明的实施例1所涉及的实施例1的宇宙太阳光发电系统的构成的概念图；图3是表示从本发明的实施例1所涉及的发电卫星而扩散微波，直接照射到都市中、住宅地等电力消耗区域中，由分散配置的接收天线来进行电力获得的一例的模式图；图4是表示从本发明的实施例1所涉及的发电卫星而扩散微波，直接照射到都市中、住宅地等电力消耗区域中，由分散配置的接收天线来进行电力获得的一例的模式图；图5是由现有的电力系统进行驱动的携带型小功率电子设备的方框图；图6是本发明的实施例2所涉及的携带型小功率电子设备的方框图；图7是表示通过从本发明的实施例2、3所涉及发电卫星所发送的微波进行驱动的电子设备的范围的图；图8是本发明的实施例3所涉及的在壳体中内置了把由多个接收天线、整流电路构成的接收天线单元串联连接而构成的接收天线阵列和功率合成部的上述携带型小功率电子设备的构成图；图9是本发明的实施例4所涉及的接收天线装置的构成图；图10是本发明的实施例5所涉及的接收天线装置的构成图；图11是本发明的实施例6所涉及的电力系统的构成图。
发明的实施例实施例1通过图1至图4来说明本发明的实施例1所涉及的宇宙太阳光发电系统。图1是表示现有的宇宙太阳光发电系统中的发电卫星和该系统的全体构成的概念图；图2是表示实施例1所涉及的宇宙太阳光发电系统的构成的概念图；图3和图4是从发电卫星扩散微波，直接照射到都市中、住宅地等电力消耗区域中，由分散配置的接收天线来进行电力获得的模式图。
用图1来说明现有的宇宙太阳光发电系统的全体构成。在图1中，1是在宇宙空间中从太阳光生成电能，从该电能生成微波来进行发送的发电卫星。在图1中，发电卫星1仅图示了单机的构成例子，但是，发电卫星1可以是由多机的发电卫星构成的发电卫星群。2是接收来自发电卫星1的微波的电力基地的接收天线，3是从接收的微波来生成DC功率的电力基地。4是把由电力基地3生成的DC功率向现有电力网送电的送电电缆。
在现有的宇宙太阳光发电系统中，发电卫星1把从太阳光变换的电能变换为微波，把其发送给电力基地3的接收天线2，把接收的微波变换为DC功率，使用送电电缆4来向现有的商业电力网进行送电。电力基地3可以设在地球上，也可以设在宇宙空间内的例如月球表面和宇宙电站设施等中。在发电卫星1中，通过调整相位而发送的微波的波束宽度由设在发电卫星1上的发送天线的开口面积决定，因此，通过增大发电卫星1的发送天线开口面积，能够缩窄发送微波的波束宽度，而使接收天线2的开口面积较小。但是设想，当在地球上设置电力基地的情况下，由于发电卫星1与电力基地3之间的距离较大，能够使接收天线2的开口面积较小，接收天线2的直径为几～十几km。同时，为了实现上述接收天线直径，考虑发电卫星1的发送天线直径为几km以上。
在这样的现有宇宙太阳光发电系统中，需要没有制作发送天线和接收天线的实践的大规模的超大型天线。任一种天线的制作在现状中都是困难的，给宇宙太阳光发电的实现带来很大的问题。
下面用图2来说明本发明的宇宙太阳光发电系统的全体构成。在图2中，5是发电卫星，在宇宙空间中从太阳光生成电能，从该电能生成微波来进行发送。在图2中，发电卫星5仅图示了单机的构成例子，但是，发电卫星5可以是由多机的发电卫星构成的发电卫星群。6是携带型小功率电子设备，7是向携带型小功率电子设备供给驱动功率的小型接收天线阵列。在此，携带型小功率电子设备6和接收天线7不一定使分散配置的位置固定，也可以象移动电话等那样，随时改变其位置。
在本发明的宇宙太阳光发电系统中，发电卫星5把从太阳光变换的电能变换为微波，通过发电卫星5设置的发送天线，使微波扩散到地球上的所希望的区域中，而照射到宽阔范围上。微波的波束宽度由设在发电卫星5上的发送天线的开口面积来决定，因此，为了使微波扩散而照射到宽阔范围中，设在发电卫星5上的发送天线不需要象现有的宇宙太阳光发电系统的发电卫星发送天线那样为直径几km以上的超大型天线。在扩散微波而照射的都市等电力消耗区域的比较宽阔的区域中，通过小型接收天线阵列7来变换为DC功率，通过该DC功率直接地驱动携带型小功率电子设备6，或者，通过把该DC功率充电到充电电池中而得到的稳定的DC功率来间接地驱动携带型小功率电子设备6。在本发明的宇宙太阳光发电系统中，由于扩散到都市等电力消耗区域的比较宽阔的所希望的区域中，来照射微波，就不需要在地面上设置具有大规模接收天线的电力基地。
由此，在本发明的宇宙太阳光发电系统中，与现有的宇宙太阳光发电系统不同，不需要建造直径达几km的设在发电卫星中的超大型发送天线和直径达几～十几km的设在地面上电力基地中的超大型接收天线，提高了实现性。而且，如果设在发电卫星5上的发送天线能够扩散微波来进行宽阔范围照射，也可以是在现有技术中所研究的超大型发送天线。
作为本发明的宇宙太阳光发电系统的其他优点，由于扩散微波来照射到地面上的所希望的区域上，能够避免由于微波集中所产生的电离层破坏等对环境的不良影响等。
根据本发明的宇宙太阳光发电系统，在扩散照射微波的都市等电力消耗区域中，如果是用能够通过小型接收天线阵列7而得到的功率进行驱动的电子设备，除了携带型小功率电子设备6之外，可以构筑这样的电子设备系统能够自己得到驱动功率，可以用本系统代替现有技术中作为上述小功率电子设备的驱动电源的化学电池和充电电池，而不会因电源电力不足或者电源电力的剩余量而产生烦恼。
在图3和图4的模式图中，表示了这样的例子使来自发电卫星的微波扩散，直接照射到都市中、住宅地等电力消耗区域中，通过分散配置的接收天线来获得电力，对于这样的区域的形成，在日本列岛周边区域中开创了上述区域。在图3中，5表示上述发电卫星，8表示从发电卫星5扩散照射的微波波束，9表示微波波束8所照射的区域。
通过单机的发电卫星，能够向日本列岛全部区域供给微波波束，但是，在此情况下，对发电卫星要求极大的发电能力。这样，为了降低每个发电卫星1的发电能力，来提高实现性，如图3所示的那样，通过多个发电卫星5，来分担覆盖日本列岛周边区域。
另一方面，如图3所示的那样，当发送微波时，向山丘地带和森林所发送的微波是浪费的。因此，如图4所示的那样，考虑把都市等特别需要微波进行的电力供给的地域作为能够通过微波宽区域照射来获得电力的区域。在此情况下，不必进行向山丘地带和森林的电力照射，则作为系统的效率提高了，而发电卫星5的数量增加了。
实施例2通过图5至图7来说明本发明的实施例2所涉及的携带型小功率电子设备。图5是由现有的电力系统进行驱动的携带型小功率电子设备的方框图，图6是本发明的实施例2所涉及的携带型小功率电子设备的方框图，图7是表示通过从本发明的实施例2所涉及发电卫星所发送的微波进行驱动的电子设备的范围的图。
下面使用图5来对由现有的电力系统进行驱动的携带型小功率电子设备的构成进行说明。在图5中，10是现有的商业电力网，11是把从现有的商业电力网10所得到的交流电变换为DC功率来进行充电的充电电池，12表示电子设备的任务部。
由现有的电力系统进行驱动的携带型小功率电子设备通过现有的商业电力网10以DC功率的形式给充电电池11充电，使用充电到充电电池11中的DC功率，通过任务部12来实现该电子设备应当担负的任务。而且，也存在不通过现有的商业电力网10而装入蓄电池来取代充电电池11，而驱动任务部12的电子设备。
这样的现有的携带型小功率电子设备存在这样的缺点仅在现有的商业电力网10存在的场所或者在蓄电池中所蓄积的电力存在的时间内能够进行驱动。
下面使用图6来对解决上述缺点的本发明所涉及的携带型小功率电子设备的构成进行说明。在图6中，13是接收从发电卫星所发送的微波的接收天线部，14是把通过接收天线部13接收的微波变换为DC功率的整流电路部，15是合成由整流电路部14得到的DC功率的功率合成部，16是电子设备的任务部。把接收天线部13和整流电路部14进行组合而定义为接收天线器件，通过串联连接多个接收天线器件，来构成接收天线阵列。而且，在功率合成部15中内置用于使合成的DC功率稳定的充电部。
本发明所涉及的携带型小功率电子设备，用接收天线部13接收来自发电卫星的发送微波，接收的微波由整流电路部14变换为DC功率。由多个接收天线部13和整流电路部14所得到的DC功率被功率合成部15进行合成，利用该合成的功率，通过任务部16来执行电子设备任务。
图6所示构成的本发明的携带型小功率电子设备，通过实施例1所涉及的宇宙太阳光发电系统，在把微波扩散照射到电力消费区域等区域中，通过接收天线部13、整流电路部14、功率合成部15，把该驱动功率从由发电卫星所发送的微波变换为DC功率，来进行供电。如果本发明的携带型小功率电子设备在上述微波扩散照射的电力消费区域的空间内被使用，就能不必注意电源电力的剩余量来使用。
而且，在本发明的携带型小功率电子设备中，如果是用从由发电卫星所发送的微波所取出的DC功率进行驱动的设备，也可以不是携带型的。在图7中表示了能够用本发明进行驱动的小功率电子设备的分类。如图7那样，现有技术中的由化学电池、充电电池驱动的小功率电子设备和不是用化学电池、充电电池而是通过现有的商业电力网驱动的小功率电子设备可以用从由发电卫星所发送的微波所取出的DC功率进行驱动。
实施例3通过图7、图8来说明本发明的实施例3所涉及的携带型小功率电子设备。图8表示实施例3所涉及的在壳体中内置了把由多个接收天线13、整流电路14构成的接收天线单元串联连接而构成的接收天线阵列和功率合成部15的上述携带型小功率电子设备的构成。
图8所示构成的本发明的携带型小功率电子设备，通过实施例1所涉及的宇宙太阳光发电系统，在把微波扩散照射到电力消费区域等空间中，通过接收天线部13、整流电路部14、功率合成部15，把发送微波变换为DC功率，而得到其驱动功率。如果本发明的携带型小功率电子设备在上述微波扩散照射的电力消费区域的空间内被使用，就能不必注意充电电池或者蓄电池的电源电力的剩余量来使用，通过用接收天线阵列和功率合成部15来代替现有的携带型小功率电子设备的电源部，能够提高携带型。
而且，在本发明的携带型小功率电子设备中，如果是用从由发电卫星所发送的微波所取出的DC功率进行驱动的设备，也可以不是携带型的。在图7中表示了能够用本发明进行驱动的小功率电子设备的分类。如图7那样，现有技术中的由化学电池、充电电池驱动的小功率电子设备和不是用化学电池、充电电池而是通过现有的商业电力网驱动的小功率电子设备可以用从由发电卫星所发送的微波所取出的DC功率进行驱动。
实施例4用图9来说明本发明的实施例4所涉及的接收天线装置。在图9中，13是接收从发电卫星所发送的微波的接收天线部，14是把通过接收天线部13接收的微波变换为DC功率的整流电路部，15是合成由整流电路部14得到的DC功率的功率合成部，16是电子设备的任务部，17是由多个接收天线部13、整流电路部14、功率合成部15所构成的接收天线装置，18是携带型小功率电子设备，19是从接收天线装置17向携带型小功率电子设备18供给电力的供电接口。而且，把接收天线部13和整流电路部14进行组合而定义为接收天线器件，通过串联连接多个接收天线器件，来构成接收天线阵列。而且，在功率合成部15中内置用于使合成的DC功率稳定的充电部。
用接收天线部13接收来自发电卫星的发送微波，接收的微波由整流电路部14变换为DC功率。由多个接收天线部13和整流电路部14所得到的DC功率被功率合成部15进行合成，通过供电接口19，提供给携带型小功率电子设备18。通过供电接口19，接收天线装置17和携带型小功率电子设备18的装卸可以实现，如果是能够用由接收天线装置17所生成的DC功率进行驱动的电子设备，与携带型的有无无关，能够通过连接到供电接口19上来得到驱动功率。
作为接收天线装置17的例子进行考虑的情况是在衣服上附带有接收天线部13、整流电路部14、功率合成部15和供电接口19，把服装标签的衣服内置型接收天线、帐篷等简易住宅的屋顶等作为接收天线。而且，也可以不是携带型的，在大楼、住宅、道路等大中规模建筑物和桌子、搁板、汽车车身等小规模构造物的外·内表面上装入本发明的接收天线。
实施例5用图10来说明本发明的实施例5所涉及的接收天线装置。图10是实施例5所涉及的接收天线装置的概念图。在图10中，13是接收从发电卫星所发送的微波的接收天线部，14是把通过接收天线部13接收的微波变换为DC功率的整流电路部，15是合成由整流电路部14得到的DC功率的功率合成部，16是电子设备的任务部，17是由多个接收天线部13、整流电路部14、功率合成部15所构成的接收天线装置，18是携带型小功率电子设备，19是从接收天线装置17向携带型小功率电子设备18供给电力的供电接口，20是对由功率合成部15所合成的DC功率进行AC变换的DC-AC变换部。而且，把接收天线部13和整流电路部14进行组合而定义为接收天线器件，通过串联连接多个接收天线器件，来构成接收天线阵列。而且，在功率合成部15中内置用于使合成的DC功率稳定的充电部。
用接收天线部13接收来自发电卫星的发送微波，接收的微波由整流电路部14变换为DC功率。由多个接收天线部13和整流电路部14所得到的DC功率被功率合成部15进行合成，所合成的DC功率通过DC-AC变换部20变换为AC功率，所变换的AC功率通过供电接口19，提供给携带型小功率电子设备18。通过供电接口19，接收天线装置17和携带型小功率电子设备18的装卸可以实现，如果是能够用由接收天线装置17所生成的AC功率进行驱动的电子设备，与携带型的有无无关，能够通过连接到供电接口19上来得到驱动功率。
现有的电气设备大多通过AC功率进行驱动。这样，通过把从来自发电卫星的发送微波用接收天线阵列而得到DC功率变换为AC功率，能够用本发明的接收天线阵列来驱动现有的电气设备。
如上述那样，为了用本发明的接收天线阵列来驱动现有的电气设备，可以采用在现有的电力系统中所采用的供电端子(通常称为万能插口)来作为供电接口19的端子形状。
作为实施例5所涉及的接收天线阵列的使用例子，可以在帐篷、预制装配等简易住宅的屋顶、壁面等上设置接收天线阵列，在上述简易住宅内，通过AC功率来驱动电气设备。满足野营等的需要和作为灾害时的电源的需要。而且，也可以不是携带型的，在大楼、住宅、道路等大中规模建筑物和桌子、搁板、汽车车身等小规模构造物的外·内表面上装入本发明的接收天线。
实施例6通过图11来说明本发明的实施例6所涉及的电力系统。图11是表示实施例6所涉及的电力系统的构成的概念图。在图11中，6是携带型小功率电子设备，7是向携带型小功率电子设备提供驱动功率的小型接收天线阵列，21是送电基地，22是微波发射天线。
在实施例6所涉及的电力系统中，送电基地21通过从现有的商业电力网而得到的电力，或者由设在送电基地21中的太阳能电池、风力发电系统等自备发电设备而得到的电力，来生成微波，从微波发射天线22向都市等电力消费区域扩散照射生成的微波。送电基地21可以按图11所示的那样设在电力消费区域内，也可以设在电力消费区域外。而且，可以在电力消费区域内外存在多个送电基地21，也可以在送电基地21中设置多个微波发射天线22。在扩散照射微波的都市等电力消耗区域的比较宽的区域中，通过小型接收天线7变换成DC功率，可以通过该DC功率直接驱动携带型小功率电子设备6，或者，通过把该DC功率充电到充电电池中而得到的稳定的DC功率来间接地驱动携带型小功率电子设备6。
发明的效果根据本发明，提供一种宇宙太阳光发电系统，设有一个或多个宇宙太阻光发电卫星，在宇宙空间中把太阳光会聚，接收所会聚的太阳光而生成电能，从生成的电能来生成微波，设有向宇宙空间发送生成的微波的发送天线，通过接收从上述发送天线所发送的微波的接收天线(统称为接收天线)，把微波变换为DC功率，能够得到DC功率，其中，使来自上述发送天线的发送微波扩散，照射到以都市为代表的电力消耗区域中，通过上述微波所照射的电力消耗区域内的接收天线阵列来直接供给携带型小功率电子设备的驱动功率。
权利要求
1.一种宇宙太阳光发电系统，在宇宙空间中把太阳光会聚，接收所会聚的太阳光而生成电能，从生成的电能来生成微波，用接收天线接收通过发送天线进行发送的来自宇宙太阳光发电卫星的发送微波，然后，变换为DC功率，成为电力源，其特征在于，使来自上述宇宙太阳光发电卫星的发送微波扩散，照射到以都市为代表的电力消耗区域中。
2.一种携带型小功率电子设备，其特征在于，包括微波接收天线；把微波变换成DC功率并进行整流的整流电路；合成DC功率的功率合成部，接收来自宇宙太阳光发电卫星的发送微波，得到驱动功率。
3.根据权利要求2的所述的携带型小功率电子设备，其特征在于，把小型的接收天线内置在携带型小功率电子设备的壳体内。
4.一种接收天线装置，其特征在于，包括接收天线，接收从宇宙太阳光发电卫星所扩散并照射到以都市为代表的电力消费区域上的微波；整流电路，把由该接收天线接收的微波变换为DC功率并进行整流；供电接口，供给从该整流电路所输出的功率作为携带型小功率电子设备的驱动功率。
5.一种接收天线装置，其特征在于，包括接收天线，接收从宇宙太阳光发电卫星所扩散并照射到以都市为代表的电力消费区域上的微波；整流电路，把由该接收天线接收的微波变换为DC功率并进行整流；DC-AC变换器，把该整流电路的输出进行DC-AC变换；供电接口，供给从该DC-AC变换器所输出的功率作为携带型小功率电子设备的驱动功率。
6.一种电力系统，把太阳光进行会聚，接收所会聚的太阳光而生成电能，从生成的电能来生成微波，用接收天线接收通过发送天线进行发送的来自送电基地的发送微波，然后，变换为DC功率，成为电力源，其特征在于，使来自上述送电基地的发送微波扩散，照射到以都市为代表的电力消耗区域中。
全文摘要
本发明提供一种宇宙太阳光发电系统，使从发送天线所发送的微波被扩散，而照射到都市等电力消耗区域的比较宽的区域中，通过分散存在的不特定多数的小规模的接收天线，来取得必要的电力。发电卫星5把从太阳光变换的电能变换为微波，通过发电卫星5设置的发送天线，使微波扩散照射到地球上的所希望的区域中。微波的波束宽度由设在发电卫星5上的发送天线的开口面积而决定，但是，为了扩散微波来照射到宽阔的区域中，设在发电卫星5上的发送天线不需要象现有的宇宙太阳光发电系统的发电卫星发送天线那样具有直径为几km以上的超大型天线。
文档编号H01L31/04GK1457129SQ0215183
公开日2003年11月19日 申请日期2002年12月17日 优先权日2002年4月15日
发明者高田和幸, 佐藤裕之, 三神泉 申请人:三菱电机株式会社