АППАРАТ С УПРАВЛЕНИЕМ ПИТАНИЯ ОТ АККУМУЛЯТОРА
APPARATUS WITH BATTERY POWER CONTROL

Область техники
В настоящем описании изобретения раскрывается аппарат, в котором режимы потребления электропитания электронным устройством, таким как электронная сигарета, можно менять, например, между режимом хранения с низким электропотреблением и рабочим режимом с высоким электропотреблением.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Электронные устройства с аккумуляторным питанием часто поставляются с уже установленным аккумулятором, готовым к работе, поэтому желательно обеспечить эффективное использование аккумуляторного заряда за счет перевода устройства в соответствующий режим расхода электропитания.
Краткое изложение сущности изобретения
По одному из рассматриваемых здесь вариантов осуществления аппарат содержит электронное устройство, питающееся от аккумулятора в разных, первом и втором, режимах с разным расходом электроэнергии; и деталь, которая может отделяться от устройства при подготовке его к эксплуатации, создает магнитное поле, а электронное устройство выполнено с возможностью обнаружения изменения магнитного поля в устройстве и соответственного изменения своего режима работы.
Первый режим может быть режимом хранения, при котором устройство потребляет относительно небольшое количество аккумуляторного заряда, а второй режим может быть рабочим режимом, при котором количество потребляемого аккумуляторного заряда выше, чем в первом режиме.
Электронное устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения ослабления силы магнитного поля, создаваемого отделяемой деталью после ее отделения от электронного устройства, и переключения из режима хранения в рабочий режим.
По одному из вариантов осуществления электрическое устройство включает в себя управляющую схему и магнитный переключатель, функционально способный управлять подачей электрического тока на управляющую схему при изменении магнитного поля. Магнитный переключатель может включать в себя датчик Холла, формирующий электрический управляющий сигнал в зависимости от силы магнитного поля, и переключатель, который после получения управляющего сигнала осуществляет подачу электрического тока от аккумулятора на управляющую схему.
Электронное устройство может содержать генератор потока текучей среды и включать в себя в себя привод, питающийся от аккумулятора под управлением управляющей схемы, для подачи состава из накопительной емкости в поток текучей среды, поступающей к пользователю. Привод может содержать электронагреватель, который может быть выполнен с возможностью испарения жидкости из накопительной емкости и добавления парообразной жидкости в воздушный поток, поступающий к пользователю. По одному из вариантов осуществления электрическое устройство является электронным курительным изделием, таким как электронная сигарета.
Отделяемая деталь может содержать упаковку, которая включает в себя отсек под устройство и постоянный магнит, который создает магнитное поле, аппарат выполнен таким образом, чтобы после его извлечения из упаковки устройство переключалось из первого режима во второй режим. Аппарат может быть выполнен таким образом, чтобы устройство переключалось из второго режима в первый режим после его помещения в отсек упаковки.
Магнит может находиться внутри упаковки таким образом, чтобы в обычных условиях он был недоступен пользователю.
Упаковка может содержать лист из пластика с имеющейся в нем выемкой, комплементарной по форме устройству, а магнит может быть заделан в пластик, например, рядом с выемкой.
Упаковка также может включать в себя портсигар с верхней откидной крышкой.
По одному из вариантов осуществления электронное устройство имеет, в целом, цилиндрический корпус, а упаковка включает в себя гильзу, разъемно надетую на один из торцов корпуса, гильза включает в себя постоянный магнит.
По одному из вариантов осуществления используется генератор потока текучей среды, поставляемый пользователю в упаковке, содержащей магнит, генератор потока текучей среды содержит: корпус с мундштуком для подачи потока текучей среды пользователю; привод, подающий состав в поток текучей среды; управляющую схему для управления работой привода; и магнитный переключатель, выполненный с возможностью управления подачей электротока на управляющую схему для отключения подачи тока, пока генератор находится в упаковке, и включения генератора после извлечения из упаковки.
Генератор потока текучей среды может быть частью электронной сигареты.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана электронная сигарета в разобранном виде, в продольном сечении;
На фиг. 2 показана электронная сигарета по фиг. 1 в собранном виде, в сечении;
На фиг. 3 показано зарядное устройство для электронной сигареты;
На фиг. 4 показана упаковка для электронной сигареты на виде в плане;
На фиг. 5  показана в перспективе упаковка фиг. 4;
На фиг. 6 показана принципиальная схема электронной сигареты;
На фиг. 7 показан вид в перспективе аппарата по другому варианту осуществления, по которому электронная сигарета помещена в пачку с откидной верхней крышкой;
На фиг. 8 показан вид сбоку аппарата по фиг. 7, откидная верхняя крышка пачки открыта.
На фиг. 9 показан вид в перспективе аппарата по другому варианту осуществления, по которому электронная сигарета помещена внутрь гильзы, содержащей постоянный магнит;
На фиг. 10 показан схематический вид в сечении аппарата по фиг. 9.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 и 2 изображено электронное курительное изделие в виде электронной сигареты, которая содержит мундштук 1, испарительное устройство 2 и блок 3 управления, которые могут быть собраны, как это показано на фиг. 2, образуя, в целом, цилиндрическое устройство, которое можно использовать в качестве замены традиционный сигареты из табака. У блока 3 управления имеется резьбовая наставка 4, которая ввинчивается во внутреннюю резьбу 5 испарительного устройства 2. Мундштук 1 содержит, в целом, цилиндрический пластиковый корпус 6, который может быть плотно посажен на испарительное устройство 2.
В мундштуке 1 имеется выпускное отверстие 7 для подачи пара в рот пользователя и выпускной канал 8 для пара, который во время использования создается испарительным устройством 2. Мундштук 1 также включает в себя емкость с жидкостью, содержащую пористую матрицу 9, например, из пенопласта с открытыми порами, пропитанного испаряемой жидкостью, например никотиносодержащей жидкостью, которая в ходе эксплуатации испаряется испарительным устройством 2. Матрица 9 выступает в качестве емкости для жидкости, а поскольку мундштук 1 может быть легко снят и заменен, то его можно использовать в качестве сменной капсулы, когда жидкость в пористой матрице 9 израсходована и требует заправки.
Испарительное устройство 2 включает в себя электронную нагревательную спираль 10, намотанную вокруг керамического сердечника 11, опирающегося на керамическое основание 12. В целом, U-образный фитильный элемент 13 выполнен с возможностью подачи жидкости из емкости 9 в направлении нагревательного элемента 10 за счет капиллярного действия. Фитильный элемент 13 может быть, например, изготовлен из металлической пены, такой как пеноникель.
Нагревательная спираль 10 питается от перезаряжаемого аккумулятора (или батарейки) 14, находящейся в блоке 3 управления, через электрические контакты 18, 19 (на фиг. 1 и 2 не показаны), которые электрически соединяют нагревательную спираль с аккумулятором 14, после того как блок 3 управления установлен в испарительное устройство 2 путем зацепления резьбы 4, 5. Подача электропитания от аккумулятора 14 на нагревательную спираль управляется управляющей схемой 15, установленной на монтажную плату 16 внутри блока 3 управления. Следует понимать, что поскольку электронная сигарета обычно является достаточно небольшой, а ее размер зачастую сопоставим с размером традиционной сигареты, физическое пространство для аккумулятора 14 весьма ограничено. Подобное ограничение по физическому размеру, в свою очередь, накладывает ограничения на совокупную зарядную емкость аккумулятора.
Как показано на фиг. 6, управляющая схема 15 включает в себя микроконтроллер 17, питающийся от аккумулятора 14, для подачи электрического тока накала на спираль 10 через контакты 18, 19, которые электрически соединяются после того как осуществляется резьбовое зацепления блока 3 управления с испарительным устройством 2 посредством резьбы 4, 5, как это показано на фиг. 1.
Датчик 20 давления определяет момент, когда пользователь делает затяжку через мундштук 1, как это будет более подробно рассмотрено ниже. Рассмотренная выше электронная сигарета соответствует устройству Intellicig™, выпускаемому фирмой CN Creative Ltd, штаб-квартира которой находится по адресу: Зе Олд Тэннери, Истгейт, Аккрингтон, Лэнкэшир, Англия, ВВ5 6PW (The Old Tannery, Eastgate, Accrington, Lancashire, England, BB5 6PW).
Также имеется сигнальный блок 21, подающий звуковые и визуальные сигналы пользователю, свидетельствующие о функциональном состоянии устройства. Например, сигнальное устройство может включать в себя светодиод, который мерцает красным светом, когда пользователь делает затяжку через устройство. Сигнальное устройство может подавать определенные звуковые или визуальные сигналы, указывающие, например, на то, что аккумулятор 14 требует подзарядки.
Подачей тока от аккумулятора 14 на микроконтроллер управляет переключательный транзистор 22, который реагирует на магнитный датчик, выполненный в виде датчика 23 Холла, который реагирует на магнитное поле, создаваемое магнитом, выполненным в виде постоянного магнита 24, который будет рассмотрен более подробно ниже. При обнаружении датчиком 23 Холла магнитного поля, создаваемого магнитом 24, транзистор 22 переключается в первый, энергосберегающий режим, а когда магнитное поле перестает обнаруживаться, транзистор 22 переключается во второй, рабочий режим.
Когда пользователь делает затяжку через мундштук 1, втягивая пар через выпускное отверстие 7, датчик 20 давления обнаруживает падение давления пара, поступающего из испарительного устройства 2 через внутреннюю часть блока 3 управления на монтажную плату 15. Микроконтроллер 17 реагирует на падение давления, обнаруживаемое датчиком 20, и подает электроток на нагревательную спираль 10, которая испаряет жидкость, поступающую за счет капиллярного действия через U-образный фитильный элемент 13. В месте соединения между испарительным устройством 2 и блоком 3 управления находится проход 25 воздушного впускного отверстия для того, чтобы воздух втягивался через резьбовую наставку 4 блока 3 управления в испарительное устройство 2 в направлении стрелки А, таким образом, чтобы пар в итоге втягивался в направлении стрелки В через канал 8 к выпускному отверстию 7.
На фиг. 3 изображено зарядное устройство 26 для подзарядки аккумулятора 14. Устройство 26 включает в себя электрическую вилку для приема электропитания, в данном случае USB разъем 27, который вставляется в гнездо USB персонального компьютера или аналогичного устройства, и резьбовое впускное отверстие 28, в которое вставляется резьбовая наставка 4 блока 3 управления, таким образом, чтобы создать электрический контакт с контактами 19 по фиг. 6. Между тем, следует понимать, что допустимо использовать другие зарядные устройства, например, питающиеся от внешней сети переменного тока или иного источника электропитания.
На фиг. 4 и 5 изображен пример упаковки для электронной сигареты. Упаковка содержит коробку 29 с неразъемной шарнирной крышкой 30, имеющей замыкающий клапан 31, изготовленный из соответствующего упаковочного листового материала, такого как картон или пластиковый листовой материал. В опорном элементе 32, предпочтительно изготовленном из пенопласта, имеются выемки для компонентов 1,2,3 электронной сигареты и зарядного устройства 26. Блок 3 управления помещается в отсек 33 опорного элемента 32, зарядное устройство 26 помещается в отсек 34, а испарительное устройство 2 помещается в отсек 35 вместе с мундштуком 1, который может быть муляжным мундштуком такого же внешнего размера, что и мундштук 1 по фиг. 1 и 2, но без емкости 9 с жидкостью. Запас мундштуков 1 может находиться в отдельной упаковке, таким образом, чтобы перед первым использованием муляжный мундштук 1 был снят и заменен на мундштук 1 по фиг. 1 и 2, снабженный емкостью 9 с испаряемой жидкостью.
Опорный элемент 32 также включает в себя постоянный магнит 24 по фиг. 6. Магнит 24 может быть заделан внутрь пенопласта 32 таким образом, чтобы он был скрыт от пользователя и пользователь не мог его беспрепятственно достать.
На производстве мундштук 1, испаритель 2, блок 3 управления и зарядное устройство 26 помещаются в соответствующие выемки 33-35 внутри коробки 29 и закрываются крышкой 30, которая запаивается перед отгрузкой или складским хранением. Аккумулятор 14 заряжают в процессе изготовления, таким образом, чтобы устройство можно было использовать сразу после вскрытия упаковки пользователем, т.е. без дополнительной подзарядки устройства. Пользователь может приобрести коробку 29 в любой из точек розничной сети, однако с момента изготовления до извлечения устройства пользователем из упаковки перед его использованием может пройти значительное время, в течение которого устройство может находиться на складе.
В целях сохранения заряда аккумулятора 14 в течение данного периода устройство переключается в режим хранения с низким энергопотреблением за счет того, что датчик 23 Холла по фиг. 6 обнаруживает магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом, находящимся в коробке 29. Датчик 23 Холла в присутствии магнита 24 отключает транзистор 22 для сокращения потери заряда аккумулятора. Было установлено, что в одном из устройств, оснащенном аккумулятором 14 в виде литиевой батарейки емкостью примерно 130 мАч, использование датчика 23 Холла и управляющего переключателя 22 позволило снизить потерю заряда в режиме хранения примерно в 4 раза, увеличив тем самым потенциальную емкость заряда аккумулятора в режиме хранения, например с 10800 ч до примерно 43200 ч.
По другому варианту осуществления датчик 23 Холла потребляет ток в 3 мкA, а емкость аккумулятора 14 составляет свыше 100 мА. В этом случае устройство может храниться в запитанном состоянии до четырех лет и более.
Следует понимать, что указанные чертежи приведены исключительно в качестве примера и что по другим вариантам осуществления могут использоваться другие средства уменьшения потери заряда в зависимости от конкретных обстоятельств и/или аккумуляторы другой емкости и с другим сроком службы. В любом случае, понятно, что использование датчика 23 Холла позволяет значительно уменьшить потерю заряда, а, следовательно, значительно увеличить срок службы аккумулятора в режиме хранения.
После приобретения пользователем устройства и вскрытия коробки 29 он извлекает из коробки различные компоненты электронной сигареты и подготавливает электронную сигарету к использованию, навинчивая друг на друга резьбу 4, 5 для соединения испарительного устройства 2 с блоком 3 управления. После извлечения блока 3 управления из выемки 33 в коробке 29 магнитное поле, создаваемое магнитом 24, находящимся вблизи датчика 23 Холла, ослабевает до такой степени, что сила магнитного поля перестает приводить в действие датчик 23 Холла, вследствие чего происходит включение транзистора 22, обеспечивая штатную подачу электрического тока от аккумулятора 14 на микроконтроллер 17, делая устройство готовым к работе. Устройство переключается из первого режима хранения, с низким энергопотреблением, во второй, рабочий режим, в котором микроконтроллер 17 способен управлять подачей электропитания от аккумулятора на нагревательную спираль 10 при помощи датчика 20 давления, определяющего момент затяжки пользователем через мундштук 1.
Использование магнита 24, находящегося в упаковке, и узла 22, 23 переключения с датчиком Холла обеспечивает автоматическое переключение в рабочий режим и не требует дополнительных действий со стороны пользователя при сборке электронной сигареты перед первым использованием после извлечения из упаковки.
Следует понимать, что при последующей разборке устройства и помещении блока 3 управления обратно в выемку 33 в коробке 29 устройство вновь возвращается в режим хранения с низким энергопотреблением. Между тем, по другим вариантам осуществления схемотехника устройства может быть выполнена таким образом, чтобы возврат в режим хранения не происходил даже при повторном помещении устройства в упаковку. Одним из путей достижения этого является (исключительно в качестве примера) использование дополнительного транзистора, устанавливаемого параллельно с транзистором 22. Затвор подобного дополнительного транзистора может быть соединен с управляющим выводом микроконтроллера 17. После его изготовления, в режиме хранения, дополнительный транзистор находится в отключенном состоянии, но после перехода в рабочий режим включается управляющим сигналом микроконтроллера. В этом случае устройство продолжает оставаться в рабочем режиме даже при приближении магнита к датчику 23 Холла, поскольку, хотя магнит и заставляет датчик 23 Холла отключать транзистор 22, дополнительный транзистор, подключенный параллельно транзистору 22, продолжает оставаться включенным, обеспечивая подачу питания на функциональные компоненты устройства.
На фиг. 7 изображен другой пример упаковки, в которой электронная сигарета 1, 2, 3 помещена в прямоугольную пачку 36 с откидным верхом, состоящую из основного корпуса 37 с шарнирной верхней частью 38, которая может включать в себя подпружиненный шарнир 39, отклоняющий верхнюю часть 38 либо в полностью закрытое положение, либо в открытое положение по фиг. 8. Магнит 24 находится в нижней части прямоугольного отделения 37. Следует понимать, что магнит 24 взаимодействует с датчиком 23 Холла подобно тому, как это было рассмотрено со ссылкой на фиг. 4 и 5, таким образом, чтобы после извлечения электронной сигареты из пачки он переключался из первого, энергосберегающего режима, во второй, рабочий режим, и таким образом, чтобы он снова переключался в энергосберегающий режим после его повторного помещения в пачку рядом с магнитом 24.
Следует понимать, что в упаковке по фиг. 7 и 8 может находиться несколько электронных сигарет, каждая из которых может быть снабжена соответствующим магнитом 24, либо допустимо использовать один крупный магнит, обеспечивающий соответствующее переключение всех электронных сигарет, находящихся в пачке.
На фиг. 9 и 10 изображена альтернативная компоновка, предназначенная для использования с индивидуальными электронными сигаретами, в которой, как можно заметить, гильза 40, предпочтительно изготовленная из формованного пластика, имеет цилиндрическую выемку 41 под блок 3 управления, а магнит 24 заделан внутрь гильзы 40. После надевания гильзы на блок 3 управления магнит 24 в гильзе 40 переключает блок управления в первый, энергосберегающий режим хранения. После извлечения электронной сигареты из гильзы 40 датчик 23 Холла перестает обнаруживать магнитное поле, вследствие чего транзистор 22 по фиг. 6 обеспечивает подачу электротока от аккумулятора 14 на микроконтроллер 17.
Рассмотренные варианты осуществления допускают многочисленные модификации. Например, хотя была рассмотрена электронная сигарета в виде трехкомпонентного устройства, следует понимать, что магнитное переключение также возможно для двухкомпонентной, однокомпонентной или многокомпонентной (состоящей из более чем трех частей) электронной сигареты. Кроме этого, хотя датчик Холла отлично подходит для ограничения энергопотребления в режиме хранения, также допустимо использовать другие устройства с магнитным переключением, такие как геркон.
Кроме этого, следует понимать, что помимо первого и второго режимов, рассмотренных выше, микроконтроллер может использовать собственные подпрограммы энергосбережения. Например, микроконтроллер 17 может переключаться в режим энергосбережения, если датчик 20 давления указывает на то, что пользователь не совершает затяжек через мундштук в течение определенного периода времени, и может выключать нагреватель, если пользователь затягивается через мундштук определенное количество раз в течение определенного периода, в целях ограничения использования сигареты. Таким образом, подобное устройство может иметь три следующих режима, перечисленных в порядке степени потери заряда (от наименьшего к наибольшему): (i) режим хранения, в котором устройство находится с момента завершения изготовления и упаковки; (ii) режим энергосбережения, в который устройство переходит, например, после определенного периода простоя; (iii) запитанный режим, в котором устройство непосредственно готово к эксплуатации. В данном контексте энергосберегающий режим и запитанный режим можно считать двумя разновидностями рабочего режима.
Переключение между первым и вторым режимами можно использовать в электронных курительных изделиях помимо электронных сигарет, например в бездымных (heat-not-burn) курительных устройствах или в электрических аэрозольных устройствах, в которых жидкость под давлением находится в баллончике и выпускается под управлением электронного клапана, реагирующего на падение давление, возникающего когда пользователь делает затяжку через устройство. Подобные устройства обобщенно именуются здесь «электронные курительные устройства», данный термин включает в себя любые электронные устройства, которые могут использоваться в качестве замены сигарет или при отказе от курения, в которых не происходит сгорание табака. Электронную сигарету можно рассматривать в качестве одной из разновидностей генератора текучей среды, который может создавать поток текучей среды либо за счет использования внутреннего генератора, такого как источник текучей среды под давлением, либо за счет других внутренних приводных приспособлений или с использованием внешнего воздействия, например затяжки пользователя через мундштук для создания потока текучей среды.
В отдельных случаях магнит 24 может быть закреплен к отдельным элементам помимо упаковки, например к другому компоненту, находящемуся внутри упаковки. Магнит также может быть частью непосредственно самой электронной сигареты. Например, электронная сигарета может упаковываться и поставляться в виде двух (или более) компонентов, один из которых снабжен датчиком Холла, а другой содержит магнит. Устройство остается в режиме хранения до тех пор, пока компоненты продолжают оставаться разделенными. Однако после их соединения или сборки перед началом эксплуатации датчик Холла в одном из компонентов может обнаруживать наличие магнита в другом компоненте, в результате чего устройство может переключаться в рабочий режим.
В целях решения различных задач и дальнейшего развития уровня техники, на протяжении всего раскрытия изобретения в качестве иллюстрации приводились различные варианты осуществления, позволяющие практически реализовать изобретенное и предложить усовершенствованный аппарат, содержащий генератор потока текучей среды, поставляемый пользователю в упаковке, содержащей магнит и усовершенствованный аппарат, содержащий электронное устройство, питающееся от аккумулятора в разных, первом и втором, режимах с разным потреблением электропитания. Преимущества и признаки изобретения, раскрываемые в вариантах осуществления, являются лишь типовыми, а не исчерпывающими и/или исключительными. Они приводятся лишь для упрощения понимания и разъяснения заявленных признаков. Следует понимать, что преимущества, варианты осуществления, примеры, функции, признаки, конструкции и/или другие аспекты раскрытия изобретения не следует рассматривать в качестве ограничения изобретения, определяемого формулой изобретения или аналогами формулы изобретения, допустимы другие варианты осуществления и модификации, не выходящие за объем и/или сущность изобретения. Различные варианты осуществления могут содержать, состоять или, по существу, состоять из различных комбинаций раскрываемых элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств и т.п. Кроме этого, описание включает в себя другие изобретения, которые на данный момент пока не заявлены, но которые могут быть заявлены в будущем.