(57)【要約】  第１及び第２の極を有する電源と、位相シフトデバイスであって、位相シフトデバイスが極を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、第１の信号のシフトされた位相が他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相と本質的に同一となることになるように電源の極の一方に結合された、位相シフトデバイスとを含む単一電線電気伝送線路システム。両方の極が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、シフトされた第１の信号が第２の信号に第２の信号と本質的に同じ位相で加えられ、それにより、結果として生じた加えられた信号が単一電線を通って伝搬する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）第１の極及び第２の極を有する電源と、
ｂ）前記電源の前記第１及び前記第２の極の一方の極に結合された位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、両方の極が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、前記第１の信号の前記シフトされた位相が他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相と本質的に同一となることになり、且つ前記シフトされた第１の信号が前記第２の信号に前記第２の信号と本質的に同じ位相で加えられ、それにより、前記結果として生じた加えられた信号が前記単一電線を通って伝搬する、位相シフトデバイス、又は
ｃ）前記電源の前記第１及び前記第２の極の各々に結合された二つの位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスの各々が前記極を通って伝搬する第１の信号の位相及び他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相をシフトさせ、その結果、両方の極が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、両方の信号の前記シフトされた位相が本質的に同一となることになり、且つ前記シフトされた信号が本質的に同じ位相で加えられ、それにより、前記結果として生じた加えられた信号が前記単一電線を通って伝搬する、位相シフトデバイスと
を備える単一電線電気伝送線路システム。
【請求項２】
前記位相シフトデバイスが、その対応する極の前記位相を＋９０度だけ、−９０度だけ、又は１８０度だけシフトさせるインバータであり、その結果、前記シフトされた信号が本質的に同じ位相で加えられる、請求項１に記載の単一電線電気伝送線路システム。
【請求項３】
前記位相シフトデバイスが逆巻線をもつ変成器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記二つの位相シフトデバイスの一方が低域通過フィルタ（ＬＰＦ）であり、他方の位相シフトデバイスが高域通過フィルタ（ＨＰＦ）である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記位相シフトデバイスが、前記電源の前記他方の極に接続される前記線路の長さに関して本質的に半周期遅延線路である、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記遅延線路が、金属パディングの上にある、誘電体上の金属電線を含む一ポートストリップ線路である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記位相シフトデバイスが、位相シフトを行うように構成されたデジタルモジュールである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記デジタルモジュールがヒルベルト変換デバイスである、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記位相シフトデバイスが、バイポーラＤＣ電源の出力部の一方にキーを通して充電するために順番に接続される二つのキャパシタとして作動し、前記キャパシタの電力に接続された第２の端部が接地され、前記キャパシタの前記端部が前記電源から切断され、充電の時に接地されていた前記第２の端部が別の出力バイポーラＤＣ電源と単一線路の入力部とに接続され、前記キャパシタの他方の端部が接地される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記単一電線が、前記単一電線を二つの線路に分割することによって、二極負荷と、前記負荷の一方の極に結合された位相シフトデバイスとを含む対応する単一電線負荷モジュールに接続され、その結果、電流は両方の線路に流れるが逆位相であるように、一方の線路が前記位相シフトデバイスに結合され、他方の線路が前記負荷に結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記単一電線が三つの電線に分割され、前記三つの電線の各々が、以下のａ）〜ｃ）の様式で、対応する位相シフトデバイスを介して三相負荷の異なる極に接続されて、単一電線三相システムを形成しており、
ａ）第１の位相シフトデバイスが前記三相負荷の極のうちの一つの極に結合されて、前記第１の位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の前記位相を−１２０度だけシフトさせ、
ｂ）第２の位相シフトデバイスが前記三相負荷の第２の極に結合されて、前記第２の位相シフトデバイスが前記三相負荷の前記第２の極を通って伝搬する第２の信号の前記位相を＋１２０度だけシフトさせ、
ｃ）第３の位相シフトデバイスが前記三相負荷の第３の極に結合される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の位相シフトデバイスがインダクタンス抵抗であり、前記第２の位相シフトデバイスがキャパシタ抵抗である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
ａ）第１の極及び第２の極を有する負荷と、
ｂ）前記負荷の一方の極に結合された位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、前記第１の信号の前記シフトされた位相が前記負荷の他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相に対して本質的に逆位相となる、位相シフトデバイス、又は
ｃ）前記負荷の前記極の各々に結合された二つの位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスの各々が前記極を通って伝搬する第１の信号の位相及び他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相をシフトさせ、その結果、前記信号の前記シフトされた位相が互いに対して本質的に逆位相となる、二つの位相シフトデバイスと
を備える単一電線負荷。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気システムの分野に関する。より詳細には、本発明は、単一電線電気伝送線路（single-wire electric transmission line）のみを使用し、同時に、第２の線路として一般に使用されるグランド又は別の電線を使用する必要を除いた電気伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、書籍、論文、又は講義において、著者は、電気回路（Ａ−線路：A-Line）の働きを、発電機から負荷まで一つの電線によって流れ、次に、発電機まで別の電線によって戻る電流のプロセスとして説明している。しかし、フリーアクセス電子（free access electron）は比較的ゆっくり移動し、電気エネルギーは光速で伝送されることが知られている。実際には、今日の電線電気システムは、エネルギー又は情報の伝送のために二つ以上のチャネル（電線）を使用している。ところが、両方のチャネルには、同じ情報が存在する。有効（実）電力は負荷から発電機に戻らないことが知られている。この観点から、電気システムに第２のチャネルを必要としないことがある。言い換えれば、電気システムの線路は単一電線とすることができる可能性がある。
【０００３】
先行技術において、一つの電線によって電気エネルギー伝送を行う試みがあった。単一電線電気エネルギー伝送の最初の出願は、ニコラ  テスラ（Nikola Tesla）によって、特許文献１及び特許文献２で開示されている。別の単一線路伝送技法はグーボー（Goubau）線路又は略してＧ線路として知られており、グーボー（Goubau）線路はＵＨＦ及びマイクロ波周波数で使用される一種の単一電線伝送線路である（非特許文献１を参照）。しかし、Ｇ線路は、電気回路の電線ではなく一種の導波管である。スタニスラフ及びコンスタンチン  アブラメンコ（Stanislav and Konstantin Avramenko）による１９９３年のロシア特許出願に基づいた実験があった［６−８］。これらの提案はすべて周波数アップコンバート又は信号矯正（signal straightening）のような信号処理に基づく。これらの処理は伝送している情報に影響を及ぼし、電力損失をもたらす。
【０００４】
一つの導体のみを使用するが、大地の関与を伴う電気分配方法もある。この方法は単一電線大地帰路（ＳＷＥＲ）として知られている。しかし、このシステムでのエネルギー移送の簡単化は、供給源によって生成される電力の半分の損失により達成されている。
【０００５】
エネルギーが四つの電線によって伝送される三相システムについて周知の利点がある。四つの電線があることが、三相システムの唯一の欠点ではない。別の欠点は、このシステムの二つの電線間の線電圧が相電圧より上の√３倍であることである。これは、そのようなコロナ効果及び線路の追加損失を考えれば、悪い結果を有することがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第１，１１９，７３６号明細書
【特許文献２】英国特許第８，２００号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ジオグ  グーボー（Geog Goubau）、「表面波及びその伝送線路への応用（Surface waves and their Application to Transmission Lines）」、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics）、２１巻、１９５０年１１月
【非特許文献２】「回路接地及び接地の実施（Circuit Grounds and Grounding Practices）」、ジョージ  ハンカ（George Hunka）、学部実験室（Undergraduate Laboratory）、電気・電子学科（Dept. of EE）、ペンシルバニア大学
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、信号形状変化及び追加損失なしにエネルギー又は情報を伝送するのに単一電線チャネルを使用することができる電気システムを提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、第２の電線の代わりにグランドを使用しない電気システムを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的及び利点は、説明が進むとともに明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は単一電線電気伝送線路システムに関し、単一電線電気伝送線路システムは、
ａ）第１の極及び第２の極を有する電源と、
ｂ）前記電源の前記第１の極及び第２の極の一方の極に結合された位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、両方の極が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、前記第１の信号のシフトされた位相が他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相と本質的に同一となることになり、且つシフトされた第１の信号が第２の信号に第２の信号と本質的に同じ位相で加えられ、それにより、結果として生じた加えられた信号が単一電線を通って伝搬する、位相シフトデバイスと
を備える。
【００１２】
本発明は、さらに、単一電線電気伝送線路システムに関し、単一電線電気伝送線路システムは、電源の極の各々に結合された二つの位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスの各々が前記極を通って伝搬する第１の信号の位相及び他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相をシフトさせ、その結果、両方の極が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、両方の信号のシフトされた位相が本質的に同一となることになり、且つシフトされた信号が本質的に同じ位相で加えられ、それにより、結果として生じた加えられた信号が単一電線を通って伝搬する、二つの位相シフトデバイスを備える。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトデバイスは、その対応する極の位相を＋９０度だけ、−９０度だけ、又は１８０度だけシフトさせるインバータであり、その結果、シフトされた信号は本質的に同じ位相で加えられる。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトデバイスは逆巻線をもつ変成器である。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、二つの位相シフトデバイスの一方は低域通過フィルタ（ＬＰＦ）であり、他方の位相シフトデバイスは高域通過フィルタ（ＨＰＦ）である。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトデバイスは、供給源の他方の極に接続される線路の長さに関して本質的に半周期遅延線路である。例えば、遅延線路は、金属パディングの上にある、誘電体上の金属電線を含む一ポートストリップ線路である。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトデバイスは、位相シフトを行うように構成されたデジタルモジュールである。例えば、デジタルモジュールはヒルベルト変換デバイスである。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、位相シフトデバイスは、バイポーラＤＣ電源の出力部の一方にキーを通して充電するために順番に接続される二つのキャパシタとして作動し、キャパシタの電力に接続された第２の端部は接地され、キャパシタの端部は供給源から切断され、充電の時に接地されていた第２の端部は別の出力バイポーラＤＣ電源と単一線路の入力部とに接続され、キャパシタの他方の端部は接地される。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、単一電線は、前記単一電線を二つの線路に分割することによって、二極負荷と、前記負荷の一方の極に結合された位相シフトデバイスとを含む対応する単一電線負荷モジュールに接続され、その結果、電流は両方の線路に流れるが互いに対して逆位相であるように、一方の線路が前記位相シフトデバイスに結合され、他方の線路が負荷に結合される。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、単一電線が三つの電線に分割され、前記三つの電線の各々が、以下のａ）〜ｃ）の様式で、対応する位相シフトデバイスを介して三相負荷の異なる極に接続されて、単一電線三相システムを形成する。
ａ）第１の位相シフトデバイスが前記三相負荷の極のうちの一つの極に結合されて、前記第１の位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の位相を−１２０度だけシフトさせ、
ｂ）第２の位相シフトデバイスが前記三相負荷の第２の極に結合されて、前記第２の位相シフトデバイスが前記三相負荷の前記第２の極を通って伝搬する第２の信号の位相を＋１２０度だけシフトさせ、
ｃ）第３の位相シフトデバイスが前記三相負荷の第３の極に結合される。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、前記三相システムの第１の位相シフトデバイスはインダクタンス抵抗であり、前記三相システムの第２の位相シフトデバイスはキャパシタ抵抗である。
【００２２】
別の態様では、本発明は単一電線負荷に関し、単一電線負荷は、
ａ）第１の極及び第２の極を有する負荷と、
ｂ）前記負荷の一方の極に結合された位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスが前記極を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、前記第１の信号のシフトされた位相が負荷の他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相に対して本質的に逆位相となることになる、位相シフトデバイス、又は
ｃ）前記負荷の極の各々に結合された二つの位相シフトデバイスであって、前記位相シフトデバイスの各々が前記極を通って伝搬する第１の信号の位相及び他方の極を通って伝搬する第２の信号の位相をシフトさせ、その結果、前記信号のシフトされた位相が互いに対して本質的に逆位相となることになる、二つの位相シフトデバイスと
を備える。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】先行技術による従来の電気システム（Ａ−線路）を概略的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１のＡ−線路のシステムと同等である単一電線電気システム（Ｂ−線路）を概略的に示す図である。
【図３】図２のＢ−線路システムのシミュレーション結果の印刷出力である。
【図４】本発明の一実施形態による、変成器の形態の位相シフトデバイスを概略的に示す図である。
【図５】図４の変成器によるＢ−線路システムのシミュレーション結果の印刷出力である。
【図６】分割変成器によるＢ−線路モデルの方式を概略的に示す図である。
【図７】従来の長尺線路及びそのＢ−線路等価実施態様を概略的に示す図である。
【図８】図７の長尺線路及びそのＢ−線路等価物のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】２．３ＧＨｚの周波数のための例示的な一ポートストリップ線路を概略的に示す図である。
【図１０】図９の周波数２．３ＧＨｚのための一ポートストリップ線路をもつＢ−線路及びそのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態によるＤＣ  Ｂ−線路回路の例示的な実施態様を概略的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態による一極供給源の原理を概略的に示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態によるＢ−線路三相方式の例示的な実施態様を概略的に示す図である。
【図１４】図１３のＢ−線路三相方式のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態による、一極発電機を用いたＢ−線路三相方式の例示的な実施態様を概略的に示す図である。
【図１６】図１５のＢ−線路三相方式のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】一極発電機及び一般的な三相負荷によるＢ−線路三相方式の例示的な実施態様を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本説明の全体にわたって、「Ｂ−線路（B-Line）」という用語は、電流が発電機から負荷まで一つの電線によって流れるプロセスとして電気回路を示すために使用される。この用語は特定の構成又は構成要素を意味せず、本発明は電気回路のすべての好適な構成に適用可能である。
【００２５】
第１の概念  −  現在は、電流が流れるプロセスとして別の解釈を理解することができる。その解釈は、発電機から負荷まで、次に、発電機に戻るようなものではない。しかし、この解釈は以下のようである。「二つの電位が、逆位相をもつ供給源の二つの端子から負荷の二つの端子に光速度で導出する。」そのため、エネルギーは一方向に流れる。
【００２６】
第２の概念  −  一つの電線の代わりにグランドを使用することは非常に短い距離ででしか可能でないが、それは、大地の抵抗が銅の抵抗よりも非常に大きいからである。大地の抵抗は、メートル当たり５  Ｏｈｍから５０００  Ｏｈｍでありうる。多くの電気システムでは、接地は電位ゼロ化のために使用される。電気接地システムは、十分な０ボルト基準レベルとして働くために適切な通電容量を有するべきである。電子回路理論では、「グランド」は、通常、電荷にとって無限の供給源又はシンクとして理想化され、無限の供給源又はシンクは、電位を変化させずに無制限の量の電流を吸収することができる。電流は、保護接地の場合と同様に、グランドに流れ込み、果てしなくグランドに拡がる。保護接地の場合には、故障が起こった場合、電流は、他の場所のどこにも達しない。接地抵抗の主な特性は、拡散する電流、すなわち、大地（グランド）がこの電流の場所で拡散する電流を有する抵抗である。土地の広がり（land spreading）は接地電極を囲むグランド区域であり、電流密度の境界は非常に低いので、仮想的に土地を有していない電位は、電極から流れる電流によって決まる。そのため、この境界の外側では、電流は常にゼロに等しくなりうる。言い換えれば、スキームのある点がグランドに接続されている場合、それは、エネルギー又は情報が、やはりグランドに接続されているスキームの別の点に伝送されることを意味しない。両方の点は、ゼロに等しいポテンシャルを有する。
【００２７】
第３の概念  −  処理しているシステムに十分な電気エネルギーを伝送したい場合、供給源及び負荷が同じ抵抗を「経験する」ことができるようにする必要がある。さらに、負荷電流は、オームの法則に整合するものと同じでなければならない。
【００２８】
次に、本発明のいくつかの実施形態が参照され、実施形態の例が添付図に示される。できる限り、類似又は同様の参照番号を図で使用することができ、類似又は同様の参照番号は類似又は同様の機能を示すことができる。図は、例証のためにのみ本発明の実施形態を示す。当業者は、以下の説明から、本明細書に示す構造及び方法の代替の実施形態を、本明細書で説明する本発明の原理から逸脱することなく使用することができることを認識するであろう。
【００２９】
本明細書で使用する「例えば（for example）」、「例えば（e.g.）」、「オプションとして」という用語は、非限定の例を導入するために使用されるものである。いくつかの例示のシステム構成要素又は施設（service）が参照されるが、他の構成要素及び施設を同様に使用することができ、且つ／又は例示の構成要素をより少ない構成要素に組み合わせることができ、且つ／又はさらなる構成要素に分割することができる。
【００３０】
本発明の単一電線電気システム（すなわちＢ−線路）の主要な着想を従来の電気システム（すなわち、Ａ−線路）と比較して説明することがより望ましいであろう。図１及び２は、それぞれ、Ａ−線路回路及びＢ−線路回路を概略的に示す。両方の回路は、共通の電源２（例えば、１ボルト発電機）、負荷３（例えば、Ｒ＝１０ｋＯｈｍ））を含み、電流は約９０マイクロアンペア（Ｉ≒９０μΑ）である。Ａ−線路回路では、線路抵抗は約１ｋＯｈｍであり、Ｂ−線路回路では、単一電線伝送線路の抵抗は、以下でさらに詳細に説明するように約０．５ｋＯｈｍである。等価なＢ−線路回路は、電源２の一方の極に結合された第１の位相シフタ１と、負荷３の極の一方に結合された第２の位相シフタとを含む。
【００３１】
本発明のＢ−線路システムは、電流が同じ振幅及び同じ位相である場合、二つの電線（すなわち、電源の第１の極及び第２の極から外に延びる電線路）を組み合わせることが可能であるという仮定に基づいている。例えば、これは、線路のうちの一つに位相シフトデバイス（すなわち、位相シフタ１）を挿入することによって達成することができる。位相シフトデバイスは、その線路を通って伝搬する第１の信号の位相をシフトさせ、その結果、第１の信号のシフトされた位相は、他の線路を通って伝搬する第２の信号の位相と本質的に同一になる。例えば、１０ミリ秒遅延線路を、５０Ｈｚの周波数の信号で使用することができる。位相シフトデバイスの後、両方の線路の電流の位相及び振幅は本質的に同一である。したがって、発電機側（すなわち、電源２側）において、両方の線路を単一電線に組み合わせることができ、その結果、両方の線路が一緒に接続されて単一電線を形成するときはいつでも、シフトされた第１の信号が第２の信号に第２の信号と本質的に同じ位相で追加され、それにより、結果として生じた加えられた信号（すなわち両方の線路からの電流の和）が単一電線を通って伝搬する。
【００３２】
負荷側において、単一電線は二つの電線（すなわち、二つの線路）に分割され、発電機側と同様に、位相シフトデバイス（すなわち、第２の位相シフタ１）を、分割された電線の一方の負荷３の前に挿入して、負荷３の通常の機能を保証することができる。その結果、従来の二電線システム（図１）は一方向Ｂ−線路システム（図２）へと変わるが、電源２及び負荷３は従来の二電線システム（すなわちＡ−線路）を「経験する」ことになる。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、必要とされる位相シフトは、遅延線路、逆巻線をもつ変成器、低域通過及び高域通過フィルタ、ヒルベルト変換デバイスなどのデジタル位相シフタなどの形態の位相シフトデバイスによって達成することができる。例えば、遅延線路が位相シフトデバイスとして使用される場合、その遅延は半周期に対応しなければならない。５０又は６０Ｈｚの周波数の場合には、実際のところ遅延線路の使用は不可能であり、半波長に対応する電線は３０００又は２５００ｋｍに等しい長さであることを思い起こされたい。低周波数では、位相シフタとして逆巻線をもつ変成器を使用することが便利である。高周波については、良好な解決策は遅延線路である。
【００３４】
本発明の単一電線電気伝送ラインの主要な着想は、ＡＤＳ及びＣＳＴシミュレーションプログラムによって支持された。異なる位相シフタ及び様々な抵抗線路による一連のシミュレーションが実行された。各シミュレーションがＡ−線路及びＢ−線路に対して実行された。分かりやすくするために、図１〜３は、電流の極性及び大きさを含む条件及びシミュレーション結果を示している。
【００３５】
それは、提案した方式に関してオームの法則を検証するためのシミュレーションのうちの一つである（図１を参照）。この一般的なＡ−線路回路では、電流振幅はどこでも９０μΑであるはずであり、０．５ｋＯｈｍが線路抵抗である。
【００３６】
提案したＢ−線路方式（図２を参照）において、発明者等は、二つの位相シフトデバイス、すなわち、入力部の第１のもの及び出力部の第２のものを追加し、二つの線路を組み合わせた。その結果、線路抵抗は０．５ｋＯｈｍとなる。シミュレーションの示すところによれば、入力部及び出力部での電流は変化していなかった。負荷電流の極性は、位相シフトデバイスが上部にあるか、又は下部にあるかによって決まる。
【００３７】
図２のＢ−線路システムのシミュレーション結果を図３で見ることができる。例えば、位相シフトデバイスが逆巻線をもつ変成器である場合、変成器により一つの電線の電流位相を逆にすると、巻線から流れる電流のみリセットすることができる。巻線を単に接続することはできず、さもなければ、ある巻線から別の巻線に電流が流れることになり、変成器はその機能を行わないことになる。他の同様の場合のように、ゼロ化は大地を用いて行うことができる（非特許文献２を参照）。以下の節で示すように、供給源から負荷までのエネルギー移送に土地は必要とされない。
【００３８】
図４は、本発明に関連して使用することができる位相シフトデバイスを概略的に示す。この実施形態では、位相シフトデバイスは変成器の形態である。この図に示した位相シフトデバイスは、低周波数システムに容易に適用することができるので特に便利である。位相シフトデバイスは、図では全体的に数字１で示される。
【００３９】
図５は、インバータ１の二つのユニット（変成器ＴＦｌ及びＴＦ２で示したような）によるＢ−線路回路シミュレーションの結果を示す印刷出力である。第１の変成器ＴＦ２はＡＣ電圧源ＳＲＣ１（数字２で示したような）に結合され、第２の変成器ＴＦ１は負荷３（抵抗器Ｒ１で示したような）に結合される。図５において、理想的な１：１変成器によるＢ−線路回路のシミュレーションを見ることができる。
【００４０】
Ｂ−線路が電圧の上昇又は降下を用いるシステムに使用される場合、インバータ１を両方の線路で使用しなければならない。インバータは、一つの線路では、同じ内蔵巻線（included winding）をもつ変成器（変成器ＴＦ２で示したような）として使用され、第２の線路では、逆の内蔵巻線をもつ変成器（変成器ＴＦ１で示したような）として使用される。図５の接地はゼロ化しており、それ故に、接地は使用されず、戻り経路（すなわち、第２の線路）として使用することができない。大地が電力の移送に必要とされないいくつかの証拠があるが、証拠のうちの一つで十分である。主な証拠は、Ｂ−線路の電流が通常の方式の２倍の電流に等しく、オームの法則に対応することである。そのため、いかなる追加の電流も不可能である。
【００４１】
言うまでもなく、供給源が１Ｖを供給し、負荷抵抗が５０Ｏｈｍである通常の二電線回路の場合には、電流は２０ｍＡに等しくなる。例えば、図５におけるようなＢ−線路回路の場合には、電線の電流は４０ｍＡになるはずである。
【００４２】
提案した解決策の実験的検証のために、いくつかのモデルが準備された。レイアウトの細部は、ゼロ化接地が電気ネットワーク保護接地を使用したように、木製ボードに装着された。モデルの電圧及び電流はすべてシミュレーションの結果と一致した。中性線を通る信号伝達における土地のありうる関与に関するありうる疑問を除去するために、三相システムが、入力部に分割（分離）変成器をもつモデルで試験された。このモデル方式が図６に示される。図６に示したモデルは、正常に、及びそれが実験室の受取り部分から離れて約８０メートルの距離で利用され、接地金属棒として使用されたとき、動作し続けた。
【００４３】
高周波でのＢ−線路
Ｂ−線路の着想が高周波にも適切であることを示そう。ＡＤＳプログラムで行われたのは周波数５０Ｈｚでのシミュレーションである。このプログラムにより、様々な要素であるが電線路でないものをシミュレートすることができる。そこで、電線路のシミュレーションには、遅延線路のような要素が使用された。高い周波数では、ＣＳＴプログラムを実施することができる。このプログラムにより、電線路を含む様々な要素をシミュレートすることができる。
【００４４】
最初に、周波数１．１ＧＨｚで、特性インピーダンス３００Ｏｈｍをもつ通常の長尺線路をＢ−線路と比較する。両方のモデルが図７に示され、図８は、１ＧＨｚの周波数での図７のモデル１及び２のシミュレーション結果を示す（パラメータＳ１１及びＳ２１で示したように）。１．１ＧＨｚで、半波長の長さに等しい長さをもつ線路によって遅延線路を製作することが可能であった。パラメータＳ２１は実際のところ同じである。モデル２のパラメータＳ１１は、モデル１のＳ１１よりも良好である。図８において、１．１ＧＨｚでは、Ｂ−線路のＳ１１は−２０ｄＢであり、通常の長尺線路のＳ１１は−１０ｄＢあることが分かる。これは、Ｂ−線路の場合、エネルギーはすべて供給源から負荷まで届いている（すなわち、パワー損失はない）ことを意味する。
【００４５】
高周波では、例えば、図９に関して示したように、一ポートストリップ線路のような遅延線路を製作することが可能である。このストリップ線路により、一電線長尺線路のシミュレーションが行われた。Ｓパラメータ（Ｓ１及びＳ２）の大きさ（ｄＢ単位）に関するシミュレーション結果が図１０のグラフに示される。線路を長く整合させると、無限の広帯域通過となる（永久共振システム（eternal resonance system）に関する付録を参照）。これは利点であるが、欠点でもある。異なる周波数の多重信号を長尺線路で伝えることができるので、利点がある。しかし、実際のシステムでは、常にある程度の雑音がある。雑音が弱い場合でさえ、無限の広帯域では、雑音は無限に大きい雑音となることになる（当然、雑音が白色雑音である場合）。当然、受信器の入力部でフィルタを適用することができる。しかし、これは多くの場合問題がある。フィルタは損失を導入し、雑音指数を増加させる。提案する単一電線システム（Ｂ−線路）は選択性システムである。Ｂ−線路の欠点は、周波数を変更した場合には遅延線路を変更する必要があることである。Ｂ−線路は供給源及び負荷と適合性があり、この意味では通常の長尺線路と違いはない。それは選択性であるが、かなり広帯域である。各電線に異なる影響がありうる装置の内部で長尺線路を使用する場合に先行技術システムでは多くの場合問題となる対称性に関する要求がない。
【００４６】
ＤＣ  Ｂ−線路
ＤＣ回路でインバータ１を実施するには、前述の変成器と違う解決策を必要とする。本発明の一実施形態によれば、インバータ１を実施するために二つのキャパシタ及び二つの対応するスイッチを使用することが提案される（供給源側２及び対応する負荷側３で図１１に関して示したように）。インバータ１の各々は以下のように動作する。一つの周期では、第１のキャパシタが充電され、第２のキャパシタが放電される。第２の周期では、それらは機能を切り替える。充電電流は一方向であるが、放電電流の方向は反転される。
【００４７】
この実施形態では、線路内で、電流は一方向、すなわち、正又は負である。この図では、方向は正である。抵抗値が、通常、設定される。そのため、第１及び第２の周期の期間は、キャパシタの値によってのみ選ぶことができる。例えば、そのようなＤＣ  Ｂ−線路システムは電気鉄道システム（すなわち、路面鉄道）で実施することができる。この場合、一つの電線でのみ、又はいくつかのレールでのみ電力を伝送することが可能である。
【００４８】
一極供給源（one pole source）
Ｂ−線路システムの着想により、電気回路−一極発電機（すなわち、供給源）の別の新しい要素を定義することが可能になる。Ｂ−線路方式に発電機と変換器との接続を配置する場合、単極供給源（図１２において点線で示したような）を議論することができる。
【００４９】
Ｂ−線路三相システム
本発明のある実施形態によれば、示唆したＢ−線路概念により、すべての相の電流が別の相の負荷に依存しない不均衡三相システムの構築が可能になる。図１３は、負荷１０、５０、及び２００ＯｈｍをもつＢ−線路三相方式を概略的に示す。その上、このＢ−線路三相方式は三つの電線のみ使用する。このＢ−線路三相方式のシミュレーション結果が図１５に示される。図１４のシミュレーション結果は、各電流がその負荷にのみ依存し、普通の三相システムのようではないことを示している。
【００５０】
本発明の別の実施形態によれば、Ｂ−線路三相システムは、受取り部分でインバータを使用することなしに構築することができる（図１５に関して示すように、及びその対応するシミュレーション結果に対して図１６に示すように）。実際には、この方式は一極発電機を使用する。図１６のグラフで分かるように、電流値は、受取り部分に反射器をもつ方式の電流値の１／２倍である。しかし、発電機電流も１／２倍である。それ故に、この方式では電力損失もない。１２０°位相シフタを実装することによって、一つの電線により一極供給源を通常の三相負荷に組み合わせることが可能であり、図１７を参照されたい。
【００５１】
当業者なら認識されるように、図に記載した構成は、単一電線電気伝送線路のみを使用する電気回路をもたらす。供給源と負荷との間を一つの線路で接続する一方向システム（すなわちＢ−線路）を提案し、シミュレーション及び実験で調査した。一方向システムは、一極供給源、ＤＣ  Ｂ−線路、ＬＦ  Ｂ−線路、ＨＦ  Ｂ−線路、Ｂ−線路三相システムなどとして容易に実施することができる。
【００５２】
一方向方法（すなわち、Ｂ−線路）を使用すると、電線路のコストをかなり減少させることができることを想定することができる。その上、Ｂ−線路方法は、高電圧電気伝送線路のエネルギー損失の減少を可能にする。本発明によって提供される追加の利点は、放射のうちの一つが二つの線路を進み、三相システムが線路間に高電圧を有する限り、コロナ効果を含む電線路の放射の減少を達成することが可能であることである。さらに、Ｂ−線路方法は、高周波長尺線路を簡単にし、対称性、良好な整合、及び選択的性質への要求を緩和することを含む高周波長尺線路の選択肢を改善することを可能にする。最後に、Ｂ−線路方法は、さらに、二つの要素アンテナ（ダイポール）と等価な一つの放射要素（モノポール）をもつアンテナの構築を可能にする。
【００５３】
上述の説明及び例はすべて例証のために与えられており、本発明を決して限定するものではない。多くの異なる機構、分析の方法、電子及び論理要素を、すべて本発明の範囲を超えることなく、使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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