УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, СОДЕРЖАЩАЯ УСТРОЙСТВО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА, И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ
INDUCTION HEATING DEVICE, AEROSOL GENERATING SYSTEM CONTAINING INDUCTION HEATING DEVICE, AND METHOD TO CONTROL THAT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к устройству индукционного нагрева для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Настоящее изобретение также относится к системе, генерирующей аэрозоль, содержащей такое устройство индукционного нагрева. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу управления такой системой, генерирующей аэрозоль.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Из уровня техники известны электрические системы, генерирующие аэрозоль, содержащие изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, и электрический источник тепла, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Такие системы, как правило, генерируют аэрозоль посредством переноса тепла от источника тепла к субстрату, образующему аэрозоль, который высвобождает летучие соединения из субстрата, образующего аэрозоль, захваченные в воздух, втягиваемый через изделие, генерирующее аэрозоль, охлаждаемый и конденсируемый с образованием аэрозоля, который может вдыхаться пользователем.
Некоторые электрические системы, генерирующие аэрозоль, содержат устройство индукционного нагрева или электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее индукционный источник. Устройства индукционного нагрева, как правило, содержат индукционный источник, выполненный с возможностью соединения с токоприемником. Индукционный источник генерирует переменное электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в токоприемнике. Индуцированные вихревые токи нагревают токоприемник посредством омического или резистивного нагрева. Токоприемник дополнительно нагревается в результате потерь на гистерезис.
Электрические системы, генерирующие аэрозоль, содержащие устройство индукционного нагрева, как правило, также содержат изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в тепловой близости к субстрату, образующему аэрозоль. В этих системах индукционный источник генерирует переменное электромагнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в токоприемнике. Индуцированные вихревые токи нагревают токоприемник, который, в свою очередь, нагревает субстрат, образующий аэрозоль. Как правило, токоприемник находится в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль, и тепло передается от токоприемника к субстрату, образующему аэрозоль, в основном за счет проводимости. Примеры электрических систем, генерирующих аэрозоль, содержащих устройства индукционного нагрева и изделия, генерирующие аэрозоль, содержащие токоприемники, описаны в WO–A1–95/27411 и WO–A1–2015/177255.
Одной из целей электрических систем, генерирующих аэрозоль, является уменьшение известных вредных побочных продуктов горения и пиролитической деградации некоторых субстратов, образующих аэрозоль. Таким образом, необходимо, чтобы эти системы отслеживали температуру субстрата, образующего аэрозоль, чтобы гарантировать, что субстрат, образующий аэрозоль, не нагревается до температуры, при которой субстрат, образующий аэрозоль, может гореть.
В изделиях, генерирующих аэрозоль, содержащих токоприемник, который находится в непосредственном контакте с субстратом, образующим аэрозоль, можно предположить, что температура токоприемника является характерной для температуры субстрата, образующего аэрозоль. На основе этого предположения температура субстрата, образующего аэрозоль, может быть отслежена путем отслеживания температуры токоприемника.
Как правило, токоприемник в изделии, генерирующем аэрозоль, который соединен с устройством индукционного нагрева, не подключен физически непосредственно к схеме в устройстве индукционного нагрева. В результате, устройство индукционного нагрева не может непосредственно отслеживать электрические величины токоприемника, такие как электрическое сопротивление, и рассчитывать температуру токоприемника на основе известных отношений между электрическими величинами и температурой.
Однако в известном уровне техники существует несколько предложений для определения температуры токоприемника без непосредственного измерения электрических величин токоприемника. Например, в WO–A1–2015/177255, WO–A1–2015/177256 и WO–A1–2015/177257 предлагается электрическая система, генерирующая аэрозоль, которая содержит устройство, содержащее источник питания постоянного тока и индуктор, а также схему, выполненную с возможностью измерения напряжения постоянного тока и постоянного тока по всему источнику питания постоянного тока с целью определения кажущегося сопротивления токоприемника, соединенного с индуктором. Как описано в вышеуказанных документах, на удивление было обнаружено, что кажущееся сопротивление токоприемника может меняться вместе с температурой токоприемника в строго неизменном соотношении в определенных диапазонах температуры токоприемника. Строго неизменное соотношение позволяет однозначно определять температуру токоприемника на основе определения кажущегося сопротивления. Это обусловлено тем, что каждое определенное значение кажущегося сопротивления является характерным только для одного единственного значения температуры, поэтому в соотношении отсутствует неоднозначность. Неизменное соотношение температуры токоприемника и кажущегося сопротивления позволяет определять и регулировать температуру токоприемника и, таким образом, определять и регулировать температуру субстрата, образующего аэрозоль.
Существует возможность улучшить определение и регулирование температуры субстрата, образующего аэрозоль, в электрической системе, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство индукционного нагрева. В частности, существует возможность улучшить взаимодействие между устройством индукционного нагрева и изделием, генерирующим аэрозоль, содержащим токоприемник.
Целесообразно обеспечить функцию отслеживания и регулирования температуры в электрической системе, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство индукционного нагрева и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее токоприемник, который является простым в исполнении, надежным и недорогостоящим. Также целесообразно обеспечить функцию обнаружения затяжки в устройстве, генерирующем аэрозоль, содержащем средство индукционного нагрева, которое является простым в исполнении, надежным и недорогостоящим.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается устройство индукционного нагрева, выполненное с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в тепловой близости к субстрату, образующему аэрозоль, при этом устройство индукционного нагрева выполнено с возможностью нагрева токоприемника, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева, при этом устройство индукционного нагрева содержит: источник питания постоянного тока для обеспечения напряжения источника постоянного тока и постоянного тока; и электронную схему подачи питания. Электронная схема подачи питания содержит: преобразователь постоянного тока в переменный, подключенный к источнику питания постоянного тока; и индуктор, подключенный к преобразователю постоянного тока в переменный и выполненный с возможностью индуктивного соединения с токоприемником изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева. Электронная схема подачи питания выполнена с возможностью подачи питания на индуктор с источника питания постоянного тока посредством преобразователя постоянного тока в переменный для нагрева токоприемника изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева, при этом подача питания обеспечивается во множестве импульсов, разделенных интервалами времени, и регулировки продолжительности интервала времени между последовательными импульсами на основе измерений постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока.
Подача питания с источника питания постоянного тока на индуктор во множестве импульсов, разделенных интервалами времени, позволяет электронной схеме подачи питания устройства индукционного нагрева обеспечивать точную регулировку нагрева токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, в изделии, генерирующем аэрозоль, размещенном в устройстве индукционного нагрева.
Во время каждого импульса питания, подаваемого с источника питания постоянного тока на индуктор, индуктор генерирует электромагнитное поле переменного тока, которое индуцирует вихревые токи в токоприемнике изделия, генерирующего аэрозоль, соединенном с индуктором. Вихревые токи в токоприемнике нагревают токоприемник, который, в свою очередь, нагревает субстрат, образующий аэрозоль, изделия.
На протяжении интервалов времени между последовательными импульсами мощности с источника питания постоянного тока подача питания с источника питания постоянного тока на индуктор приостанавливается. Таким образом, индуктор не генерирует электромагнитное поле переменного тока или генерирует электромагнитное поле переменного тока с уменьшенной напряженностью поля. Таким образом, на протяжении интервалов времени между последовательными импульсами мощности с источника питания постоянного тока токоприемник не нагревается или нагревается меньше посредством индуцированных вихревых токов и имеет возможность охлаждаться.
Термин «приостанавливаться» используется в контексте настоящего документа для охватывания вариантов осуществления, в которых подача питания постоянного тока с источника питания постоянного тока прекращается или уменьшается таким образом, что эффективно индуктором не генерируется переменное электромагнитное поле. Подобным образом, термин «возобновлять» используется в контексте настоящего документа для охватывания вариантов осуществления, в которых подача питания с источника питания постоянного тока инициируется или увеличивается таким образом, что индуктором генерируется переменное электромагнитное поле, которое является достаточным, чтобы вызвать нагрев токоприемника, соединенного с индуктором.
Электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между последовательными импульсами. Таким образом, электронная схема подачи питания выполнена с возможностью регулировки продолжительности периода времени, в течение которого токоприемник имеет возможность остывать между импульсами.
Регулировка продолжительности периодов времени между последовательными импульсами может обеспечить несколько преимуществ перед устройствами известного уровня техники, которые будут подробно описаны ниже.
Электронная схема подачи питания, в частности, выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами мощности с источника питания постоянного тока на основе постоянного тока, подаваемого источником питания. Как описано в вышеупомянутых документах известного уровня техники, обнаружено, что постоянный ток, подаваемый источником питания постоянного тока, относится к температуре и кажущемуся сопротивлению токоприемника, соединенного с индуктором. Таким образом, электронная схема подачи питания согласно настоящему изобретению выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами мощности, подаваемыми источником питания постоянного тока, непосредственно на основе температуры токоприемника, соединенного с индуктором.
Регулируя продолжительность интервалов времени между последовательными импульсами мощности с источника питания постоянного тока на индуктор на основе температуры токоприемника, устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может компенсировать колебания температуры в токоприемнике изделия, генерирующего аэрозоль, соединенном с индуктором, в течение цикла нагрева. Например, устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью увеличения продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами при определении того, что температура токоприемника, соединенного с индуктором, достигает или поднимается выше максимального порогового значения, и может быть выполнено с возможностью уменьшения продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами при обнаружении того, что температура токоприемника, соединенного с индуктором, достигает или опускается ниже минимального порогового значения.
Устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может обеспечивать улучшенный нагрев субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, размещенного в устройстве индукционного нагрева, по сравнению с другими известными устройствами индукционного нагрева. Устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может дополнительно обеспечивать улучшенное генерирование аэрозоля и улучшенное ощущение от использования по сравнению с устройствами индукционного нагрева известного уровня техники.
Определенные субстраты, образующие аэрозоль, могут генерировать удовлетворительный или приемлемый аэрозоль только при нагреве в узком диапазоне температур. Таким образом, эти субстраты, образующие аэрозоль, могут быть неподходящими для использования с устройствами индукционного нагрева, которые не обеспечивают возможность точной или тщательной регулировки нагрева токоприемника, соединенного с индуктором. Устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению обеспечивает улучшенную точную или тщательную регулировку нагрева токоприемника, соединенного с индуктором, и может обеспечивать возможность использования устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению с изделиями, генерирующими аэрозоль, содержащими такие субстраты, образующие аэрозоль.
В контексте настоящего документа термин «устройство индукционного нагрева» используется для описания устройства, содержащего индукционный источник, который генерирует переменное электромагнитное поле. Индукционный источник может быть соединен с токоприемником и взаимодействовать с ним. Переменное магнитное поле индукционного источника может генерировать вихревые токи в токоприемнике, которые могут нагревать токоприемник посредством резистивного нагрева. Токоприемник также может дополнительно нагреваться в результате потерь на гистерезис.
В контексте настоящего документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» или «электрическое устройство, генерирующее аэрозоль» используется для описания устройства, которое взаимодействует с изделием, генерирующем аэрозоль, содержащим субстрат, образующий аэрозоль, с генерированием аэрозоля. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство, которое взаимодействует с изделием, генерирующим аэрозоль, с генерированием аэрозоля, непосредственно вдыхаемого в легкие пользователя через рот пользователя. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой держатель для изделия, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство индукционного нагрева и может содержать индукционный источник.
В контексте настоящего документа термин «изделие, генерирующее аэрозоль» используется для описания изделия, которое содержит субстрат, образующий аэрозоль. В частности, в контексте настоящего документа в отношении настоящего изобретения термин «изделие, генерирующее аэрозоль» используется для обозначения изделия, которое содержит субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено с возможностью зацепления с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим источник индукционного нагрева. Источник индукционного нагрева, или индуктор, может генерировать пульсирующее электромагнитное поле для нагрева токоприемника, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено внутри пульсирующего электромагнитного поля. При использовании изделие, генерирующее аэрозоль, может зацепляться с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль, таким образом, чтобы токоприемник располагался внутри пульсирующего электромагнитного поля, генерируемого индуктором.
В данном контексте термин «субстрат, образующий аэрозоль» используется для описания субстрата, способного при нагреве высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Аэрозоль, генерируемый субстратами, образующими аэрозоль, изделий, генерирующих аэрозоль, описанных в настоящем документе, может быть видимым или невидимым и может содержать пары (например, тонкодисперсные частицы веществ, находящихся в газообразном состоянии, которые при комнатной температуре обычно являются жидкими или твердыми), а также газы и капли жидкости конденсированных паров.
В контексте настоящего документа термин «токоприемник» используется для описания материалов, которые могут преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. При размещении внутри пульсирующего электромагнитного поля вихревые токи, индуцированные в токоприемнике, вызывают нагрев токоприемника. Кроме того, потери на магнитный гистерезис внутри токоприемника вызывают дополнительный нагрев токоприемника. Поскольку токоприемник расположен в тепловом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, или вблизи от него, субстрат, образующий аэрозоль, нагревается посредством токоприемника.
Термин «тепловая близость» используется в контексте настоящего документа со ссылкой на токоприемник и субстрат, образующий аэрозоль, для обозначения того, что токоприемник размещен относительно субстрата, образующего аэрозоль, таким образом, что достаточное количество тепла передается от токоприемника к субстрату, образующему аэрозоль, с образованием аэрозоля. Например, термин «тепловая близость» подразумевает включение вариантов осуществления, в которых токоприемник находится в тесном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Термин «тепловая близость» также подразумевает включение вариантов осуществления, в которых токоприемник находится на расстоянии от субстрата, образующего аэрозоль, и выполнен с возможностью передачи достаточного количества тепла к субстрату, образующему аэрозоль, посредством конвекции или излучения.
Электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым последующим импульсом на основе постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока на протяжении первого импульса. Другими словами, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью регулировки интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом на основе одного или более измерений постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока на протяжении первого импульса.
Эталонное исходное значение постоянного тока может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания. Эталонное исходное значение постоянного тока может представлять собой заданное значение, которое корректируют на заводе перед первым использованием устройства. Однако в других вариантах осуществления эталонное исходное значение постоянного тока может быть определено на основе предыдущих использований устройства и сохранено в памяти электронной схемы подачи питания. Таким образом, эталонное исходное значение постоянного тока может меняться после каждого использования устройства. В начале ряда импульсов электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между первым импульсом в ряду и вторым импульсом в ряду на основе сравнения между эталонным исходным значением постоянного тока и измеренным значением постоянного тока, подаваемым источником питания постоянного тока на протяжении первого импульса.
Эталонное значение продолжительности интервала времени также может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания. Эталонное значение продолжительности интервала времени может представлять собой заданное значение, которое корректируют на заводе перед первым использованием устройства. Однако в некоторых вариантах осуществления эталонное значение продолжительности интервала времени определяют на основе предыдущих использований устройства и сохраняют в памяти электронной схемы подачи питания. В начале ряда импульсов электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью корректировки эталонного значения продолжительности интервала времени на основе одного или более измерений постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока на протяжении первого импульса ряда. Электронная схема подачи питания может быть дополнительно выполнена с возможностью использования сохраненного скорректированного эталонного значения продолжительности интервала времени в качестве продолжительности интервала времени между первым импульсом в ряду и вторым импульсом в ряду. Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью сохранения продолжительности интервала времени между первым импульсом в ряду и вторым импульсом в ряду в качестве эталонного значения в памяти электронной схемы подачи питания. Другими словами, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью переписывания эталонного значения продолжительности интервала времени, сохраненного в памяти электронной схемы подачи питания, скорректированным эталонным значением продолжительности интервала времени.
Для последовательных импульсов электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью корректировки сохраненного эталонного значения продолжительности интервала времени на основе измерений постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока на протяжении каждого последовательного импульса и использования скорректированного значения в качестве продолжительности интервала времени между очередными последовательными импульсами. Таким образом, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами посредством циклических корректировок в отношении эталонного значения, сохраненного в памяти электронной схемы подачи питания.
Если эталонная продолжительность интервала времени задана перед первым использованием устройства, как например, на заводе, заданный эталонный интервал времени может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 10 секунд, может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 7 секунд, может составлять от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 5 секунд и может составлять от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 4 секунд. Максимальная эталонная продолжительность интервала времени также может быть сохранена в памяти электронной схемы подачи питания, таким образом корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени не приводят к тому, что продолжительность интервала времени между последовательными импульсами превышает максимальное значение. Максимальная эталонная продолжительность интервала времени может составлять от приблизительно 3 секунд до приблизительно 10 секунд, может составлять от приблизительно 3 секунд до приблизительно 7 секунд, может составлять от приблизительно 4 секунд до приблизительно 7 секунд и может составлять приблизительно 4 секунды. Минимальная эталонная продолжительность интервала времени также может быть сохранена в памяти электронной схемы подачи питания, таким образом корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени не приводят к тому, что продолжительность интервала времени между последовательными импульсами падает ниже минимального значения. Минимальная эталонная продолжительность интервала времени может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 3 секунд, может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 2 секунд, может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 1 секунды и может составлять приблизительно 0,5 секунд.
Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью осуществления корректировок в отношении эталонного значения продолжительности интервала времени заданного абсолютного количества или относительного количества, которое зависит от отклонения измеренного значения постоянного тока от ожидаемого значения. Например, корректировки в отношении эталонного значения продолжительности интервала времени могут включать увеличение или уменьшение эталонного значения продолжительности интервала времени на абсолютное количество, сохраненное в памяти электронной схемы подачи питания. В другом примере корректировки в отношении эталонного значения продолжительности интервала времени могут включать увеличение или уменьшение сохраненного эталонного значения продолжительности интервала времени на часть или процентное соотношение эталонного значения корректировки, сохраненного в памяти электронной схемы подачи питания, при этом часть или процентное соотношение определяют на основе величины отклонения измеренного значения постоянного тока от ожидаемого значения.
Если корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени представляют собой заданное абсолютное количество, заданное значение корректировки может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 10 секунд, может составлять от приблизительно 0,1 секунды до приблизительно 5 секунд, может составлять от приблизительно 0,1 секунды до 4 секунд и может составлять от приблизительно 0,1 секунды до 3,5 секунды.
Если корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени предусматривают относительное количество, определенное посредством подсчета или сравнения, максимальное значение корректировки может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания, таким образом корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени не приводят к чрезмерной корректировке продолжительности интервала времени между последовательными импульсами. Максимальное значение корректировки может составлять от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 5 секунд, может составлять от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 3 секунд, может составлять от приблизительно 0,5 секунды до приблизительно 3,5 секунды и может составлять приблизительно 3,5 секунды. Минимальная эталонная продолжительность интервала времени также может быть сохранена в памяти электронной схемы подачи питания, таким образом корректировки в отношении эталонной продолжительности интервала времени не приводят к несущественной корректировке продолжительности интервала времени между последовательными импульсами. Минимальное значение корректировки может составлять от приблизительно 0,05 секунды до приблизительно 3 секунд, может составлять от приблизительно 0,05 секунды до приблизительно 1 секунды, может составлять от приблизительно 0,05 секунды до приблизительно 0,5 секунды и может составлять приблизительно 0,1 секунды.
На протяжении интервала времени между двумя последовательными импульсами токоприемник, соединенный с индуктором, имеет возможность остывать. Продолжительность интервала времени между двумя последовательными импульсами в идеале является достаточно долгой для того, чтобы токоприемник охлаждался ниже максимальной температуры для генерирования подходящего аэрозоля, однако не настолько долгой, чтобы токоприемник охлаждался ниже минимальной температуры для генерирования подходящего аэрозоля. Таким образом, каждое расположение токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, может характеризоваться разной и конкретной идеальной продолжительностью интервала времени между последовательными импульсами.
Некоторые субстраты, образующие аэрозоль, могут генерировать подходящий аэрозоль только в пределах конкретного диапазона температуры, как например, от приблизительно 200°C до приблизительно 240°C. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью поддержания температуры токоприемника, соединенного с индуктором, на уровне конкретной температуры или около нее или в пределах конкретного диапазона температур.
Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор, если измеренное значение постоянного тока указывает, что температура токоприемника, соединенного с индуктором, находится на уровне или выше заданной максимальной температуры. Для достижения этого заданного эталонного значения постоянного тока, соответствующего заданной максимальной температуре токоприемника, соединенного с индуктором, может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания. Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью измерения постоянного тока, подаваемого с источника питания постоянного тока на индуктор, сравнивания измеренного постоянного тока с сохраненным эталонным значением постоянного тока и приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор на основе сравнения. Например, заданное минимальное значение постоянного тока может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания, а электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор, если измеренное значение постоянного тока достигает или падает ниже заданного минимального значения постоянного тока.
В этих вариантах осуществления такая приостановка в подаче питания с источника питания постоянного тока на индуктор может определять конец каждых последовательных импульсов. Поскольку конец каждого из последовательных импульсов определяется на основе измерений постоянного тока, подаваемого с источника питания на индуктор (т. е. на основе температуры токоприемника), продолжительность импульсов в этих вариантах осуществления не постоянна.
В некоторых вариантах осуществления электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью обнаружения вариантов скорости изменения измеренных значений постоянного тока. В этих вариантах осуществления электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор на основе обнаружения варианта скорости изменения измеренных значений постоянного тока. Например, токоприемник, соединенный с индуктором устройства индукционного нагрева, может содержать материал, имеющий температуру Кюри, которая является ниже любой заданной максимальной температуры нагрева для субстрата, образующего аэрозоль, как описано более подробно ниже. Когда токоприемник нагревается до температуры Кюри, скорость изменения измеренного значения постоянного тока может меняться. Другими словами, экстремальные значения, такие как максимальное или минимальное, могут быть обнаружены в скорости изменения измеренного постоянного тока по мере того, как происходит фазовое изменение в материале токоприемника. Это может обеспечивать указание того, что токоприемник находится при температуре Кюри, а субстрат, образующий аэрозоль, находится на уровне заданной максимальной температуры. Таким образом, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока с целью прекращения или предотвращения дополнительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
В некоторых вариантах осуществления электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым последующим импульсом на основе исходного значения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, измеренного в начале первого импульса.
Исходное значение постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, измеренного в начале первого импульса, указывает на температуру токоприемника, соединенного с индуктором, в начале первого импульса. На протяжении ряда импульсов, где первый импульс следует за предыдущим интервалом времени и предыдущим импульсом, исходное значение постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, измеренного в начале первого импульса, может обеспечивать указание того, насколько охладился токоприемник на протяжении предыдущего интервала времени, между предыдущим импульсом и первым импульсом.
Заданное эталонное исходное значение постоянного тока может быть сохранено в памяти электронной схемы подачи питания. Эталонное исходное значение постоянного тока может соответствовать идеальной исходной температуре токоприемника, соединенного с индуктором. Идеальная исходная температура токоприемника может находиться в пределах диапазона, в котором конкретный субстрат, образующий аэрозоль, генерирует подходящий аэрозоль. Электронная схема подачи питания может измерять исходное значение постоянного тока для первого импульса в начале первого импульса. Измеренное исходное значение постоянного тока в начале первого импульса затем можно сравнить с эталонным исходным значением постоянного тока, сохраненным в памяти электронной схемы подачи питания.
Как упомянуто выше, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью корректировки продолжительности сохраняемой эталонной продолжительности интервала времени, эквивалентной продолжительности предыдущего интервала времени. Эта корректировка может быть основана на сравнении между измеренным исходным значением постоянного тока первого импульса и эталонным исходным значением постоянного тока. Например, если измеренное исходное значение постоянного тока первого импульса выше эталонного исходного значения постоянного тока, это может указывать на то, что температура токоприемника в начале первого импульса была ниже требуемого значения. Следовательно, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью уменьшения продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом по сравнению с продолжительностью предыдущего интервала времени между предыдущим импульсом и первым импульсом. Это обеспечит меньше времени между первым импульсом и вторым импульсом для остывания токоприемника по сравнению с промежутком времени в предыдущем интервале времени между предыдущим импульсом и первым импульсом. Подобно, если измеренное исходное значение постоянного тока первого импульса ниже эталонного исходного значения постоянного тока, это может указывать на то, что температура токоприемника в начале первого импульса была выше требуемого значения. Следовательно, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью увеличения продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом по сравнению с продолжительностью предыдущего интервала времени между предыдущим импульсом и первым импульсом. Это обеспечит больше времени между первым импульсом и вторым импульсом для остывания токоприемника по сравнению с промежутком времени в предыдущем интервале времени между предыдущим импульсом и первым импульсом.
Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью регулировки длительности продолжительностей интервала времени между последовательными импульсами с целью корректировки температуры токоприемника в начале следующего импульса. В отношении ряда импульсов в ходе этой корректировки измеренные исходные значения постоянного тока должны корректироваться несколько раз с целью стремления к заданному эталонному значению постоянного тока. Таким образом, в отношении ряда импульсов исходное значение постоянного тока каждого из импульсов может стремиться к стабилизации при заданном эталонном значении постоянного тока.
Индивидуальная корректировка продолжительности импульсов и продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами может обеспечить особенно эффективный и достаточный нагрев токоприемника, соединенного с индуктором, и генерирование подходящего аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, в тепловой близости к токоприемнику.
После того, как измеренные исходные значения постоянного тока стабилизированы, колебания в измеренных исходных значениях постоянного тока могут указывать на изменения в токоприемнике или изделии, генерирующем аэрозоль. Например, резкое увеличение исходного значения постоянного тока может указывать на то, что токоприемник был быстро охлажден. Быстрое охлаждение токоприемника может происходить посредством воздуха, втягиваемого над токоприемником на протяжении затяжки, выполняемой пользователем на изделии, генерирующем аэрозоль. Таким образом, электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева также может быть выполнена с возможностью обнаружения затяжек на основе колебаний в измерениях постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока на индуктор.
В данной области техники для приспособления токоприемника с целью регулировки температуры токоприемника в изделии, генерирующем аэрозоль, были сделаны различные предложения. Например, в WO–A1–2015/177294 предложена система, генерирующая аэрозоль, которая содержит токоприемник, содержащий первый материал токоприемника и второй материал токоприемника. Первый материал токоприемника находится в тепловой близости ко второму материалу токоприемника.
Термин «тепловая близость» используется в контексте настоящего документа со ссылкой на токоприемник, содержащий первый материал токоприемника и второй материал токоприемника, для обозначения того, что первый материал токоприемника размещен относительно второго материала токоприемника таким образом, что когда токоприемник нагревается посредством переменного электромагнитного поля, генерируемого индуктором, тепло передается между первым материалом токоприемника и вторым материалом токоприемника. Например, термин «тепловая близость» подразумевает включение вариантов осуществления, в которых первый материал токоприемника находится в тесном физическом контакте со вторым материалом токоприемника. Термин «тепловая близость» также подразумевает включение вариантов осуществления, в которых первый материал токоприемника находится на расстоянии от второго материала токоприемника, а также первого и второго материалов токоприемника.
В некоторых вариантах осуществления первый и второй материалы токоприемника могут находиться в тесном контакте или в тесном физическом контакте, образуя цельный токоприемник. В этих вариантах осуществления, при нагреве, первый и второй материалы токоприемника имеют по существу одинаковую температуру.
Первый материал токоприемника, который может быть оптимизирован для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, может иметь первую температуру Кюри, которая выше любой заданной максимальной температуры нагрева для субстрата, образующего аэрозоль. Второй материал токоприемника, который может быть оптимизирован для регулирования температуры субстрата, образующего аэрозоль, может иметь вторую температуру Кюри, которая ниже любой заданной максимальной температуры нагрева для субстрата, образующего аэрозоль. После достижения токоприемником второй температуры Кюри магнитные свойства второго материала токоприемника меняются. При второй температуре Кюри происходит обратимое изменение второго материала токоприемника из ферромагнитной фазы в парамагнитную фазу. На протяжении индукционного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, это фазовое изменение второго материала токоприемника может быть обнаружено посредством устройства индукционного нагрева без физического контакта со вторым материалом токоприемника. Обнаружение фазового изменения может позволить устройству индукционного нагрева регулировать нагрев субстрата, образующего аэрозоль.
Например, при обнаружении фазового изменения, связанного со второй температурой Кюри, индукционный нагрев может быть автоматически прекращен. Таким образом, может быть предотвращен перегрев субстрата, образующего аэрозоль, даже несмотря на то, что первый материал токоприемника, который главным образом отвечает за нагрев субстрата, образующего аэрозоль, не имеет температуры Кюри или первой температуры Кюри, которая выше максимальной необходимой температуры нагрева. После прекращения индукционного нагрева токоприемник охлаждается до тех пор, пока не достигнет температуры ниже второй температуры Кюри. На этом этапе второй материал токоприемника снова восстанавливает свои ферромагнитные свойства.
Устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнено с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего токоприемник, содержащий первый материал токоприемника и второй материал токоприемника. Устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть дополнительно выполнено с возможностью регулировки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор на основе обнаружения фазового изменения второго материала токоприемника в токоприемнике. Другими словами, электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью обнаружения фазового изменения во втором материале токоприемника, соединенного с индуктором, и остановки или уменьшения питания, подаваемого с источника питания постоянного тока при обнаружении фазового изменения.
В некоторых конкретных вариантах осуществления настоящего изобретения устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего токоприемник, содержащий первый материал токоприемника и второй материал токоприемника, при этом первый материал токоприемника расположен в тепловой близости ко второму материалу токоприемника, и второй материал токоприемника имеет температуру Кюри, которая ниже 500°C. Электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью: определения того, когда постоянный ток, подаваемый источником питания постоянного тока, имеет максимальное значение постоянного тока; остановки или уменьшения подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор, когда определено максимальное значение постоянного тока; и, по истечении определенного интервала времени, инициации или увеличения подачи питания с источника питания постоянного тока, таким образом обеспечена подача питания на индуктор с источника питания постоянного тока во множестве импульсов.
В этих конкретных вариантах осуществления электронная схема подачи питания выполнена не только с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между последовательными импульсами мощности, подаваемыми источником питания постоянного тока, но также электронная схема подачи питания выполнена с возможностью регулировки продолжительности каждого импульса на основе измерений постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока.
Соотношение между постоянным током, подаваемым источником питания постоянного тока, и температурой токоприемника, содержащего два материала токоприемника, более подробно описано ниже, в частности, со ссылкой на фиг. 9. Однако в целом профиль постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, проявляет временный изгиб по мере того, как токоприемник достигает второй температуры Кюри, а второй материал токоприемника подвергается фазовому изменению.
Например, в некоторых из этих конкретных вариантов осуществления кажущееся сопротивление токоприемника увеличивается по мере того, как токоприемник нагревается до второй температуры Кюри. Когда токоприемник достигает второй температуры Кюри, кажущееся сопротивление токоприемника проявляет первое экстремальное значение, в этом примере, максимальное значение, а затем кажущееся сопротивление токоприемника временно уменьшается. Это временное уменьшение происходит в результате того, что второй токоприемник теряет свои магнитные свойства на протяжении фазового изменения. После завершения фазового изменения кажущееся сопротивление токоприемника проявляет второе экстремальное значение, в этом примере, минимальное значение, а затем кажущееся сопротивление токоприемника снова увеличивается по мере того, как источник питания постоянного тока продолжает подачу питания на индуктор с целью нагревания токоприемника.
DCмин
DCмакс
Измеренный постоянный ток, подаваемый с источника питания постоянного тока, проявляет обратное отношение касаемо кажущегося сопротивления токоприемника, как и ожидается из закона Ома. Таким образом, в этом иллюстративном варианте осуществления измеренный постоянный ток уменьшается по мере того, как токоприемник нагревается до второй температуры Кюри. При второй температуре Кюри измеренный постоянный ток достигает минимального значения I и временно увеличивается до тех пор, пока он не достигнет максимального значения I, после чего измеренный постоянный ток снова уменьшается по мере того, как токоприемник дополнительно нагревается.
Электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью обнаружения перехода Кюри второго материала токоприемника. Другими словами, электронная схема подачи питания устройства индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть выполнена с возможностью обнаружения временного изгиба в профиле постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, вызванного фазовым изменением второго материала токоприемника. Обнаружение перехода Кюри может позволить электронной схеме подачи питания определять, когда прекращать или уменьшать количество питания, подаваемого на токоприемник, с целью предотвращения перегрева субстрата, образующего аэрозоль, токоприемником.
Обнаружение экстремального значения, такого как, максимальное или минимальное значение, в измерениях постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, может указывать на то, что происходит фазовое изменение материала токоприемника. В частности, обнаружение первого экстремального значения, такого как минимальное значение, в постоянном токе, подаваемом источником питания постоянного тока, может указывать на то, что токоприемник достиг второй температуры Кюри. Обнаружение второго экстремального значения, такого как максимальное значение, в постоянном токе, подаваемом источником питания постоянного тока, может указывать на то, что произошло фазовое изменение второго материала токоприемника.
Перегиб в постоянном токе, подаваемом источником питания постоянного тока, обеспечивает индикатор температуры токоприемника. Температура Кюри второго материала токоприемника может быть выбрана в пределах диапазона температуры для генерирования подходящего или допустимого аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, без поджигания субстрата, образующего аэрозоль.
В некоторых вариантах осуществления электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью обнаружения максимального значения постоянного тока и приостановки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор, когда обнаружено максимальное значение. Эта приостановка может обозначать конец импульса мощности с источника питания постоянного тока на индуктор.
Электронная схема подачи питания может быть дополнительно выполнена с возможностью определения того, когда постоянный ток, подаваемый источником питания постоянного тока, имеет минимальное значение постоянного тока.
Электронная схема подачи питания может быть дополнительно выполнена с возможностью регулировки продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым последующим импульсом на основе: исходного постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, измеренного в начале первого импульса; определенного минимального значения постоянного тока первого импульса; и определенного максимального значения постоянного тока первого импульса.
В некоторых конкретных вариантах осуществления электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью: определения среднего показателя между определенным минимальным значением постоянного тока первого импульса и определенным максимальным значением постоянного тока первого импульса; сравнения исходного значения постоянного тока первого импульса и определенного среднего показателя между минимальным значением постоянного тока первого импульса и максимальным значением постоянного тока первого импульса; и регулировки продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом на основе сравнения.
Для каждого конкретного расположения токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, определенное максимальное и минимальное значения постоянного тока должны быть одинаковыми или очень похожими. Это обусловлено тем, что для каждого конкретного расположения токоприемника и субстрата, образующего аэрозоль, определенное максимальное и минимальное значения постоянного тока должны иметь место тогда, когда токоприемник имеет конкретную температуру, которая должна быть такой же для каждого импульса (т. е. когда токоприемник имеет вторую температуру Кюри или приближенную к ней температуру). Соответственно, средний показатель между определенными максимальным и минимальным значениями постоянного тока должен быть одинаковым или очень похожим для каждого последовательного импульса.
Было обнаружено, что средний показатель между определенными максимальным и минимальным значениями постоянного тока представляет собой подходящее исходное значение постоянного тока для каждого импульса. Таким образом, подобно вышеописанному циклическому процессу электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью корректировки продолжительностей интервала времени между последовательными импульсами, таким образом исходные значения постоянного тока импульсов стремятся к стабилизации в среднем показателе между определенными минимальным и максимальным значениями постоянного тока в течение целого ряда импульсов.
Используя средний показатель между определенными максимальным и минимальным значениями постоянного тока в сравнении с измеренным исходным значением постоянного тока, в отличие от заданного эталонного значения, устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может быть подходящим для использования с разными расположениями токоприемников и субстратов, образующих аэрозоль.
Устройство индукционного нагрева согласно первому аспекту настоящего изобретения и изделие, генерирующее аэрозоль, могут образовывать электрическую систему, генерирующую аэрозоль, согласно второму аспекту настоящего изобретения. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать субстрат, образующий аэрозоль, и токоприемник в тепловой близости к токоприемнику. Устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью размещения токоприемника и нагрева токоприемника, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева. Индуктор устройства индукционного нагрева может генерировать пульсирующее электромагнитное поле с целью индуцирования вихревых токов в токоприемнике, вызывая подогрев токоприемника.
Устройство индукционного нагрева или электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению может содержать: корпус; полость для размещения изделия, генерирующего аэрозоль; индуктор, выполненный с возможностью генерирования пульсирующего электромагнитного поля внутри полости; источник питания постоянного тока для подачи электропитания на индуктор; и электронную схему подачи питания, выполненную с возможностью регулировки подачи питания с источника питания на индуктор.
Устройство индукционного нагрева содержит источник питания постоянного тока для подачи электропитания на индуктор. Источник питания постоянного тока выполнен с возможностью подачи напряжения источника постоянного тока и постоянного тока. Источник питания постоянного тока может представлять собой любой подходящий источник питания постоянного тока. Например, источник питания постоянного тока может представлять собой батарею для одноразового использования или перезаряжаемую батарею. В некоторых вариантах осуществления источник питания может представлять собой литий–ионную батарею. В других вариантах осуществления источник питания может представлять собой никель–металлогидридную батарею, никель–кадмиевую батарею или батарею на основе лития, например, литий–кобальтовую, литий–железо–фосфатную, литий–титановую или литий–полимерную батарею. В некоторых вариантах осуществления источник питания постоянного тока может содержать один или более конденсаторов, суперконденсаторов или гибридных конденсаторов. Источник питания постоянного тока может содержать один или более литий–ионных гибридных конденсаторов.
Источник питания постоянного тока может быть выполнен с возможностью подачи любого подходящего напряжения постоянного тока и постоянного тока. Источник питания постоянного тока может быть выполнен с возможностью подачи напряжения постоянного тока в диапазоне от приблизительно 2,5 вольта до приблизительно 4,5 вольт и постоянного тока в диапазоне от приблизительно 2,5 ампера до приблизительно 5 ампер, соответствующих мощности постоянного тока в диапазоне от приблизительно 6,25 ватта до приблизительно 22,5 ватта.
3
3
Устройство индукционного нагрева также содержит индуктор для соединения с токоприемником изделия, генерирующего аэрозоль. Индуктор может содержать катушку. Катушка может представлять собой цилиндрическую индукционную катушку со спиральной намоткой. Индуктор может быть расположен на внутренней поверхности полости устройства или смежно с ней. Катушка может окружать полость. В некоторых вариантах осуществления индукционная катушка может иметь продолговатую форму и определять внутренний объем в диапазоне от приблизительно 0,15 см до приблизительно 1,10 см. Например, внутренний диаметр цилиндрической индукционной катушки со спиральной намоткой может составлять от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм или приблизительно 7 мм, а длина цилиндрической индукционной катушки со спиральной намоткой может составлять от приблизительно 8 мм до приблизительно 14 мм. Диаметр или толщина провода индукционной катушки может составлять от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 1 мм, в зависимости от того, используется ли провод катушки с круглым поперечным сечением или провод катушки с плоским прямоугольным поперечным сечением. Индукционная катушка со спиральной намоткой может быть расположена на внутренней поверхности полости или смежно с ней. Цилиндрическая индукционная катушка со спиральной намоткой, расположенная на внутренней поверхности полости или смежно с ней, позволяет устройству быть компактным. Индуктор может содержать одну катушку или более одной катушки.
Устройство индукционного нагрева также содержит электронную схему подачи питания, выполненную с возможностью регулировки подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор.
Электронная схема подачи питания может содержать преобразователь постоянного тока в переменный или инвертор для преобразования постоянного тока с источника питания постоянного тока в переменный ток для подачи на индуктор.
Преобразователь постоянного тока в переменный может быть выполнен с возможностью работы на высокой частоте. В контексте настоящего документа термин «высокая частота» используется для описания частоты, находящейся в диапазоне от приблизительно 1 мегагерца (МГц) до приблизительно 30 Мегагерц (МГц), от приблизительно 1 Мегагерца (МГц) до приблизительно 10 МГц (включая диапазон от приблизительно 1 МГц до приблизительно 10 МГц), и от приблизительно 5 Мегагерц (МГц) до приблизительно 7 Мегагерц (МГц) (включая диапазон от приблизительно 5 МГц до приблизительно 7 МГц).
Преобразователь постоянного тока в переменный может содержать индуктивно–емкостную цепь нагрузки. Индуктивно–емкостная цепь может содержать индуктор для соединения с токоприемником изделия, генерирующего аэрозоль. Индуктор может быть расположен последовательно с конденсатором в индуктивно–емкостной цепи нагрузки. Индуктивно–емкостная цепь нагрузки может дополнительно содержать шунтирующий конденсатор.
Индуктивно–емкостная цепь нагрузки может быть выполнена с возможностью работы при низкоомной нагрузке. В контексте настоящего документа термин «низкоомная нагрузка» используется для описания омической нагрузки, меньшей, чем приблизительно 2 Ома. Электрическое сопротивление индуктора может, как правило, составлять несколько десятых Ома. Как правило, электрическое сопротивление токоприемника будет выше, чем электрическое сопротивление индуктора, таким образом токоприемник может быть выполнен с возможностью эффективного преобразования большей части электропитания, поставляемого на него, в тепло для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. На протяжении нагрева токоприемника электрическое сопротивление токоприемника также, как правило, увеличивается по мере того, как увеличивается температура токоприемника. Во время работы электрическое сопротивление токоприемника может быть эффективно добавлено к электрическому сопротивлению индуктора с целью увеличения омической нагрузки индуктивно–емкостной цепи нагрузки.
Преобразователь постоянного тока в переменный может содержать усилитель мощности. В частности, преобразователь постоянного тока в переменный может содержать усилитель мощности класса E, содержащий транзисторный переключатель и задающую схему транзисторного переключателя. Усилители мощности класса E являются общеизвестными и подробно описаны, например, в статье «Class–E RF Power Amplifiers», автор Nathan O. Sokal, опубликованной в журнале QEX, выходящем раз в два месяца, выпуск за январь/февраль 2001 г., стр. 9–20, издание Американской лиги радиолюбителей (ARRL), г. Ньюингтон, Коннектикут, США. Усилители мощности класса E могут преимущественно работать на высоких частотах, обладая в то же время относительно простой конструкцией схемы, содержащей минимальное количество компонентов (например, усилителям мощности класса E необходим только один транзисторный переключатель, что является преимущественным по сравнению с усилителями мощности класса D, которым требуется два транзисторных переключателя, управляемых на высокой частоте, с таким расчетом, чтобы, когда один из двух транзисторов отключен, другой из двух транзисторов был включен). Кроме того, известно, что усилители мощности класса E обладают малым рассеянием мощности по всему переключающему транзистору во время перепадов при переключении. Усилитель мощности класса E может представлять собой однотактный усилитель мощности класса E первого порядка, содержащий только один транзисторный переключатель.
В вариантах осуществления, содержащих усилитель мощности класса E, транзисторный переключатель может представлять собой любой подходящий тип транзистора. Например, транзистор может представлять собой биполярный плоскостной транзистор (BJT) или полевой транзистор (FET), такой как, полевой транзистор со структурой металл–оксид–полупроводник (MOSFET) или полевой транзистор со структурой металл–полупроводник (MESFET).
Усилитель мощности класса E может содержать выходное полное сопротивление, а электронная схема подачи питания может дополнительно содержать согласующую сеть для согласования выходного полного сопротивления усилителя мощности класса E с низкоомной нагрузкой индуктивно–емкостной цепи нагрузки. Например, согласующая сеть может содержать небольшой согласующий трансформатор. Согласующая сеть может улучшать эффективность передачи питания между инвертором или преобразователем и индуктором.
a
a
DC
DC
a
Электронная схема подачи питания также может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер может быть запрограммирован для регулировки продолжительности каждого импульса мощности, подаваемого источником питания постоянного тока на индуктор. Микроконтроллер может быть запрограммирован для регулировки продолжительности интервала времени между последовательными импульсами мощности, подаваемыми источником питания постоянного тока на индуктор. Микроконтроллер может быть запрограммирован для определения кажущегося сопротивления (R) токоприемника изделия, генерирующего аэрозоль, зацепленного с устройством индукционного нагрева. Микроконтроллер может быть запрограммирован для определения кажущегося сопротивления (R) токоприемника на основе измерений по меньшей мере одного из напряжения постоянного тока (V), подаваемого с источника питания постоянного тока и постоянного тока (I), поступающего с источника питания постоянного тока. Микроконтроллер может быть дополнительно запрограммирован для определения температуры токоприемника изделия, генерирующего аэрозоль, на основе кажущегося сопротивления (R). Микроконтроллер также может быть дополнительно запрограммирован для определения температуры субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, на основе температуры токоприемника.
Электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью измерения постоянного тока, поступающего с источника питания постоянного тока. Электронная схема подачи питания может содержать датчик тока для измерения постоянного тока, поступающего с источника питания постоянного тока. Электронная схема подачи питания может быть снабжена любым подходящим датчиком тока.
Электронная схема подачи питания также может быть выполнена с возможностью измерения напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока. Электронная схема подачи питания также может содержать датчик напряжения для измерения напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока. Электронная схема подачи питания может содержать любой подходящий датчик напряжения.
Было обнаружено, что кажущееся сопротивление токоприемника может быть определено на основе измерений напряжения постоянного тока и постоянного тока, поступающего с источника питания постоянного тока. На удивление, кажущееся сопротивление токоприемника меняется вместе с температурой токоприемника в строго неизменном соотношении в определенных диапазонах температуры токоприемника. Это строго неизменное соотношение создает возможность для однозначного определения температуры токоприемника на основе определения кажущегося сопротивления, поскольку каждое определенное значение кажущегося сопротивления является характерным только для одного значения температуры, в соотношении отсутствует неоднозначность. Хотя соотношение между температурой токоприемника и кажущимся сопротивлением является неизменным, оно необязательно является линейным. Неизменное соотношение температуры токоприемника и кажущегося сопротивления позволяет определять и регулировать температуру токоприемника и, таким образом, определять и регулировать температуру субстрата, образующего аэрозоль.
Кажущееся сопротивление токоприемника может быть определено на основе известного соотношения между постоянным током, поступающим с источника питания постоянного тока, и напряжением постоянного тока, подаваемым источником питания постоянного тока, согласно закону Ома. Как правило, кажущееся сопротивление токоприемника определяют на основе измерений постоянного тока, поступающего с источника питания постоянного тока. Кажущееся сопротивление токоприемника также может быть определено на основе измерений напряжения постоянного тока, подаваемого с источника питания постоянного тока. Однако в некоторых вариантах осуществления источник питания постоянного тока может быть выполнен с возможностью подачи напряжения постоянного тока с постоянным значением. В этих вариантах осуществления напряжение с постоянным значением, подаваемое источником питания постоянного тока, может быть известным и может быть сохранено, как например, в памяти микропроцессора электронной схемы подачи питания, и может быть использовано для определения кажущегося сопротивления токоприемника. Следовательно, в вариантах осуществления, содержащих источник питания постоянного тока с постоянным напряжением, электронная схема подачи питания необязательно должна быть выполнена с возможностью измерения напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока. Это может уменьшить количество одного или более из компонентов, сложность, размер и стоимость электронной схемы подачи питания. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления, содержащих источник питания постоянного тока с постоянным напряжением, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью измерения напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, а измерения напряжения постоянного тока могут использоваться при определении кажущегося сопротивления токоприемника.
В некоторых вариантах осуществления, где источник питания постоянного тока представляет собой источник питания постоянного тока, который подает напряжение с постоянным значением, электронная схема подачи питания может быть выполнена с возможностью сохранения эталонного значения постоянного напряжения, которое указывает на напряжение с постоянным значением, подаваемое источником питания постоянного тока с постоянным напряжением. В этих вариантах осуществления от электронной схемы подачи питания может не требоваться отслеживание напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока. Однако следует понимать, что в этих вариантах осуществления датчик напряжения также может быть предоставлен для отслеживания значения напряжения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока.
Электронная схема подачи питания также может содержать дополнительный индуктор, расположенный в качестве дросселя постоянного тока.
3
Размер или общий объем электронной схемы подачи питания может быть весьма небольшим. Например, размер или общий объем электронной схемы подачи питания может быть равным или меньше 2 см. Такой небольшой размер обусловлен небольшим количеством компонентов электронной схемы подачи питания. Весьма небольшой размер или объем возможен в вариантах осуществления, где индуктор индуктивно–емкостной цепи нагрузки используется в качестве индуктора для индуктивной связи с токоприемником изделия, образующего аэрозоль. Весьма небольшой размер или объем также возможен в вариантах осуществления, которые не содержат согласующей сети. Небольшой размер или небольшой объем электронной схемы подачи питания помогает поддерживать общий размер или объем устройства индукционного нагрева весьма небольшим.
Устройство индукционного нагрева также содержит полость для размещения изделия, генерирующего аэрозоль. Полость может иметь внутреннюю поверхность, выполненную по форме с возможностью вмещения по меньшей мере части субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль. Полость может быть расположена таким образом, что после вмещения части субстрата, образующего аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, в полость, индуктор индуктивно–емкостной цепи нагрузки индуктивно соединяется с токоприемником субстрата, образующего аэрозоль, во время работы. Такое расположение может позволить индуктору индуктивно–емкостной цепи нагрузки соединяться с токоприемником изделия, генерирующего аэрозоль, и нагревать токоприемник посредством индукции вихревых токов. Такое расположение может устранять необходимость в дополнительных компонентах, таких как согласующие сети, для согласования выходного полного сопротивления усилителя мощности класса E с нагрузкой, обеспечивая, таким образом, возможность дополнительного сведения к минимуму размера электронной схемы подачи питания.
Устройство индукционного нагрева может содержать средство для управления устройством. В некоторых вариантах осуществления средство для управления устройством может представлять собой простой переключатель, управляемый пользователем.
В целом, устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению предусматривает небольшое и легкое в обращении, эффективное, чистое и надежное нагревательное устройство. Это связано, прежде всего, с бесконтактным нагревом субстрата и расположением, а также конфигурацией электронной схемы подачи питания.
В отношении токоприемников, образующих низкоомные нагрузки, и электрическое сопротивление которых значительно выше, чем электрическое сопротивление индуктора индуктивно–емкостной цепи нагрузки, как указано выше, устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению может нагревать токоприемник до температуры в диапазоне 300–400 градусов по Цельсию в период времени около пяти секунд или даже меньше пяти секунд в некоторых вариантах осуществления. В то же время температура индуктора устройства индукционного нагрева может поддерживаться значительно ниже температуры токоприемника благодаря тому, что подавляющее большинство мощности преобразуется в тепло в токоприемнике, а не в индукторе.
В некоторых вариантах осуществления устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью подачи питания на токоприемник, расположенный внутри субстрата, образующего аэрозоль, таким образом субстрат, образующий аэрозоль, может быть нагрет до средней температуры, составляющей от приблизительно 200°C до приблизительно 240°C.
Устройство индукционного нагрева может быть способным генерировать пульсирующее электромагнитное поле, имеющее напряженность магнитного поля (H–напряженность поля) от приблизительно 1 килоампера на метр (кА/м) до приблизительно 5 кА/м, от приблизительно 2 кА/м до приблизительно 3 кА/м или приблизительно 2,5 кА/м. Устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью генерирования пульсирующего электромагнитного поля, имеющего частоту от приблизительно 1 МГц до приблизительно 30 МГц, от приблизительно 1 МГц до приблизительно 10 МГц или от приблизительно 5 МГц до приблизительно 7 МГц.
Устройство индукционного нагрева может представлять собой портативное или удерживаемое рукой электрическое устройство, генерирующее аэрозоль, которое пользователю удобно держать между пальцами одной руки.
Устройство индукционного нагрева может иметь длину от приблизительно 70 миллиметров до приблизительно 120 миллиметров.
Устройство индукционного нагрева может иметь по существу цилиндрическую форму.
Конкретно, устройство индукционного нагрева может содержать корпус устройства и полость, расположенную в корпусе устройства, при этом полость содержит внутреннюю поверхность, выполненную по форме с возможностью вмещения по меньшей мере части субстрата, образующего аэрозоль, при этом полость выполнена таким образом, что после вмещения части субстрата, образующего аэрозоль, в полость индуктор индуктивно соединяется с токоприемником устройства индукционного нагрева во время работы устройства. Электронная схема подачи питания также может быть выполнена с возможностью работы на высокой частоте, при этом преобразователь постоянного тока в переменный содержит индуктивно–емкостную цепь нагрузки, выполненную с возможностью работы при низкоомной нагрузке, при этом индуктивно–емкостная цепь нагрузки содержит последовательное соединение конденсатора и индуктора, имеющего омическое сопротивление, и при этом электронная схема подачи питания содержит микроконтроллер, запрограммированный для управления питанием, подаваемым с источника питания постоянного тока на индуктор.
Изделие, генерирующее аэрозоль, также может предлагаться как часть системы, генерирующей аэрозоль, согласно второму аспекту настоящего изобретения. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь форму стержня, который содержит два конца: мундштучный конец, или ближний конец, через который аэрозоль выходит из изделия, генерирующего аэрозоль, и доставляется пользователю, и дальний конец. При использовании пользователь может осуществлять затяжку с мундштучного конца для вдыхания аэрозоля, генерируемого изделием, генерирующим аэрозоль. Мундштучный конец расположен дальше по ходу потока относительно дальнего конца. Дальний конец также может называться расположенным раньше по ходу потока концом и расположен раньше по ходу потоку относительно мундштучного конца.
В данном контексте термины «раньше по ходу потока» или «дальше по ходу потока» используются для описания относительных положений элементов или частей элементов изделия, генерирующего аэрозоль, относительно направления, в котором пользователь осуществляет затяжку из изделия, генерирующего аэрозоль, во время его использования.
В данном контексте термин «продольный» в отношении изделия, генерирующего аэрозоль, используется для описания направления между мундштучным концом или дальним концом изделия, генерирующего аэрозоль, а термин «поперечный» используется для описания направления, перпендикулярного продольному направлению.
В контексте настоящего документа термин «диаметр» в отношении изделия, генерирующего аэрозоль, используется для описания максимального размера в поперечном направлении, изделия, генерирующего аэрозоль. В данном контексте термин «длина» в отношении изделия, генерирующего аэрозоль, используется для описания максимального размера в продольном направлении изделия, генерирующего аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, содержит токоприемник. Токоприемник расположен в тепловой близости к субстрату, образующему аэрозоль. Таким образом, при нагреве токоприемника нагревается субстрат, образующий аэрозоль, и образуется аэрозоль. Токоприемник может быть расположен в непосредственном или тесном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, например, внутри субстрата, образующего аэрозоль.
Токоприемник может иметь форму штыря, стержня или пластины. Токоприемник может иметь длину от приблизительно 5 мм до приблизительно 15 мм, от приблизительно 6 мм до приблизительно 12 мм или от приблизительно 8 мм до приблизительно 10 мм. Токоприемник может иметь ширину от приблизительно 1 мм до приблизительно 6 мм и может иметь толщину от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 500 микрометров или от приблизительно 10 до приблизительно 100 микрометров. Если токоприемник имеет постоянное поперечное сечение, например, круглое поперечное сечение, он может иметь ширину или диаметр от приблизительно 1 мм до приблизительно 5 мм.
Токоприемник может иметь размер по длине, который превышает его размер по ширине или его размер по толщине, например, превышает в два раза его размер по ширине или его размер по толщине. Таким образом, токоприемник может быть описан как удлиненный токоприемник. Токоприемник может быть расположен по существу в продольном направлении внутри стержня. Это означает, что размер по длине удлиненного токоприемника расположен приблизительно параллельно продольному направлению стержня, например, в пределах плюс или минус 10 градусов параллельно продольному направлению стержня. Элемент удлиненного токоприемника может быть расположен в радиально центральном положении внутри стержня и проходит вдоль продольной оси стержня.
В некоторых вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать один токоприемник. В других вариантах осуществления изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать более одного токоприемника. Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать более одного удлиненного токоприемника. Таким образом, нагрев может эффективно осуществляться в различных частях субстрата, образующего аэрозоль.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления токоприемник содержит первый материал токоприемника и второй материал токоприемника. Первый материал токоприемника быть расположен в тепловой близости ко второму материалу токоприемника. Первый материал токоприемника расположен в тесном физическом контакте со вторым материалом токоприемника. Второй материал токоприемника может иметь температуру Кюри, которая ниже 500°C. Первый материал токоприемника, прежде всего, может использоваться для нагрева токоприемника, когда токоприемник размещен в пульсирующем электромагнитном поле. Может использоваться любой подходящий материал. Например, первый материал токоприемника может представлять собой алюминий или он может представлять собой черный металл, такой как нержавеющая сталь. Второй материал токоприемника, прежде всего, может использоваться для указания на то, что токоприемник достиг конкретной температуры, и эта температура представляет собой температуру Кюри второго материала токоприемника. Температура Кюри второго материала токоприемника может использоваться для регулирования температуры всего токоприемника во время работы. Таким образом, температура Кюри второго материала токоприемника должна быть ниже точки воспламенения субстрата, образующего аэрозоль. Подходящие материалы для второго материала токоприемника могут включать никель и определенные сплавы никеля.
Предлагая токоприемник, имеющий по меньшей мере первый и второй материал токоприемника, причем либо второй материал токоприемника имеет температуру Кюри, а первый материал токоприемника не имеет температуры Кюри, либо первый и второй материалы токоприемника имеют первую и вторую температуры Кюри, отличные друг от друга, обеспечивается возможность разделения нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и регулировки температуры нагрева. Тогда как первый материал токоприемника может быть оптимизирован относительно потери тепла и, таким образом, эффективности нагрева, второй материал токоприемника может быть оптимизирован относительно регулировки температуры. Второй материал токоприемника не должен иметь никакой выраженной тепловой характеристики. Второй материал токоприемника может быть выбран таким образом, чтобы иметь температуру Кюри или вторую температуру Кюри, которая соответствует предопределенной максимальной необходимой температуре нагрева первого материала токоприемника. В контексте настоящего документа термин «вторая температура Кюри» относится к температуре Кюри второго материала токоприемника.
Более конкретно, токоприемник может содержать первый материал токоприемника, имеющий первую температуру Кюри, и второй материал токоприемника, имеющий вторую температуру Кюри, при этом первый материал токоприемника расположен в тепловой близости ко второму материалу токоприемника. Вторая температура Кюри может быть ниже, чем первая температура Кюри.
Максимальная необходимая температура нагрева может быть определена для предотвращения локального перегрева или возгорания субстрата, образующего аэрозоль. Токоприемник, содержащий первый и второй материалы токоприемника, может иметь цельную конструкцию и может быть назван токоприемником, состоящим из двух материалов, или токоприемником, состоящим из нескольких материалов. Непосредственная близость первого и второго материалов токоприемника может быть преимущественной в обеспечении точной регулировки температуры.
Первый материал токоприемника может представлять собой магнитный материал, имеющий температуру Кюри выше 500°C. С точки зрения эффективности нагрева желательно, чтобы температура Кюри первого материала токоприемника превышала любую максимальную температуру, до которой должен нагреваться токоприемник. Вторая температура Кюри может быть выбрана такой, чтобы быть ниже приблизительно 400°C, ниже приблизительно 380°C или ниже приблизительно 360°C. Второй материал токоприемника может представлять собой магнитный материал, выбранный таким образом, чтобы иметь вторую температуру Кюри, которая по существу такая же, как и необходимая максимальная температура нагрева. Другими словами, вторая температура Кюри может быть приблизительно такой же, что и температура, до которой должен нагреваться токоприемник с целью генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Вторая температура Кюри может, например, находиться в диапазоне от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C или от приблизительно 250°C до приблизительно 360°C.
В некоторых вариантах осуществления вторая температура Кюри второго материала токоприемника может быть выбрана таким образом, чтобы при нагреве посредством токоприемника, а именно при температуре, равной второй температуре Кюри, общая средняя температура субстрата, образующего аэрозоль, не превышала 240°C. Общая средняя температура субстрата, образующего аэрозоль, в данном случае определяется как арифметическое среднее ряда измерений температуры в центральных областях и в периферийных областях субстрата, образующего аэрозоль. Посредством предварительного определения максимального значения для общей средней температуры, субстрат, образующий аэрозоль, может быть приспособлен к оптимальному производству аэрозоля.
Первый материал токоприемника может быть выбран для максимальной эффективности нагрева. Индукционный нагрев магнитного материала токоприемника, расположенного в пульсирующем магнитном поле, происходит посредством комбинации резистивного нагрева, связанного с вихревыми токами, индуцированными в токоприемнике, и тепла, генерируемого потерями на магнитный гистерезис.
В некоторых вариантах осуществления первый материал токоприемника может представлять собой ферромагнитный металл, имеющий температуру Кюри, превышающую 400°C. Первый токоприемник может представлять собой железо или железный сплав, такой как сталь, или железоникелевый сплав. Первый материал токоприемника может представлять собой нержавеющую сталь серии 400, такую как нержавеющая сталь марки 410, или нержавеющая сталь марки 420, или нержавеющая сталь марки 430.
В других вариантах осуществления первый материал токоприемника может представлять собой подходящий немагнитный материал, такой как алюминий. В немагнитном материале индукционный нагрев происходит исключительно посредством резистивного нагрева вследствие вихревых токов.
Второй материал токоприемника может быть выбран таким образом, чтобы иметь обнаруживаемую температуру Кюри в пределах необходимого диапазона, например, при конкретной температуре от 200°C до 400°C. Второй материал токоприемника также может способствовать нагреву токоприемника, но данное свойство является менее важным, чем его температура Кюри. Второй материал токоприемника может представлять собой ферромагнитный металл, такой как никель или никелевый сплав. Никель имеет температуру Кюри приблизительно 354°C, которая может являться идеальной для регулировки температуры нагрева в изделии, генерирующем аэрозоль.
Первый и второй материалы токоприемника могут находиться в тепловой близости, такой как тесный контакт, образуя цельный токоприемник. Таким образом, первый и второй материалы токоприемника имеют одинаковую температуру при нагреве. Первый материал токоприемника, который может быть оптимизирован для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, может иметь первую температуру Кюри, которая превышает любую предопределенную максимальную температуру нагрева.
Токоприемник может быть выполнен с возможностью рассеивания энергии от 1 ватта до 8 ватт при использовании совместно с конкретным индуктором, например, от 1,5 ватта до 6 ватт. Под «выполненный с возможностью» подразумевается, что токоприемник может содержать конкретный первый материал токоприемника или может иметь конкретные размеры, которые позволяют рассеивание энергии от 1 ватта до 8 ватт при использовании совместно с конкретным проводником, который генерирует пульсирующее магнитное поле с известной частотой и известной напряженностью поля.
Подходящие токоприемники, содержащие первый материал токоприемника и второй материал токоприемника, более подробно описаны в международной заявке на патент WO–A1–2015177294A1.
Изделие, генерирующее аэрозоль, также содержит субстрат, образующий аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как твердые, так и жидкие компоненты.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Например, материал, образующий аэрозоль, может быть образован из листа гомогенизированного табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может являться стержнем, образованным посредством сбора листа гомогенизированного табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный текстурированный лист гомогенизированного табачного материала. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать собранный гофрированный лист гомогенизированного табачного материала.
В контексте настоящего документа термин «гомогенизированный табачный материал» обозначает материал, образованный посредством агломерации сыпучего табака. В контексте настоящего документа термин «лист» обозначает слоистый элемент, имеющий ширину и длину, существенно превышающие его толщину. В контексте настоящего документа термин «собранный» используется для описания листа, который свернут, согнут или иным образом сжат или сужен в направлении, по существу поперечном продольной оси изделия, генерирующего аэрозоль. В контексте настоящего документа термин «текстурированный лист» означает лист, который был гофрирован, выполнен конгревным тиснением, выполнен блинтовым тиснением, перфорирован или иным образом деформирован. В контексте настоящего документа термин «гофрированный лист» обозначает лист, имеющий множество по существу параллельных складок или гофров.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, образующий аэрозоль, не содержащий табак. Например, материал, образующий аэрозоль, может быть образован из листа, содержащего соль никотина или вещество для образования аэрозоля.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В контексте настоящего документа термин «вещество для образования аэрозоля» используется для описания любого подходящего известного соединения или смеси соединений, которое (которые), при использовании, облегчает (облегчают) образование аэрозоля и которое (которые) является (являются) по существу стойким (стойкими) к термической деградации при рабочей температуре изделия, генерирующего аэрозоль. Подходящие вещества для образования аэрозоля известны в данной области техники.
Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, шарики, крупицы, тонкие трубки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяной лист, табачный лист, фрагменты табачной жилки, взорванный табак или гомогенизированный табак. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табачные или нетабачные летучие ароматные соединения, которые высвобождаются при нагреве твердого субстрата, образующего аэрозоль. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, также может содержать одну или более капсул, которые, например, включают дополнительные летучие вкусоароматические соединения, содержащие или не содержащие табак, и такие капсулы могут таять во время нагрева твердого субстрата, образующего аэрозоль.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь форму штранга, содержащего материал, образующий аэрозоль, окруженный бумагой или другой оберткой. Если субстрат, образующий аэрозоль, имеет форму штранга, то весь штранг, включая любую обертку, считается субстратом, образующим аэрозоль. Один или более токоприемников могут быть удлиненными, и один или более удлиненных токоприемников могут быть расположены внутри штранга в непосредственном или в тесном физическом контакте с материалом, образующим аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий по меньшей мере приблизительно 5 мм. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий 7,2 мм +/– 10%.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину, составляющую от приблизительно 5 мм до приблизительно 15 мм. Удлиненный токоприемник может иметь приблизительно такую же длину, что и субстрат, образующий аэрозоль.
Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму.
Изделие, генерирующее аэрозоль, также может содержать опорный элемент, расположенный непосредственно дальше по ходу потока относительно субстрата, образующего аэрозоль. Опорный элемент может упираться в субстрат, образующий аэрозоль.
Изделие, генерирующее аэрозоль, также может содержать элемент, охлаждающий аэрозоль, расположенный дальше по ходу потока относительно субстрата, образующего аэрозоль, например, элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть расположен непосредственно дальше по ходу потока относительно опорного элемента и может упираться в опорный элемент. Элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть расположен между опорным элементом и мундштуком, расположенным на самом дальнем, расположенном дальше по ходу потока конце изделия, генерирующего аэрозоль. Элемент, охлаждающий аэрозоль, может быть назван теплообменником.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать мундштук, расположенный на мундштучном конце изделия, генерирующего аэрозоль. Мундштук может быть расположен непосредственно дальше по ходу потока относительно элемента, охлаждающего аэрозоль, и может упираться в элемент, охлаждающий аэрозоль. Мундштук может содержать фильтр. Фильтр может быть образован из одного или более подходящих фильтрующих материалов. Многие такие фильтрующие материалы известны из уровня техники. В одном варианте осуществления мундштук может содержать фильтр, образованный из ацетилцеллюлозного жгута.
Элементы изделия, генерирующего аэрозоль, например, субстрат, образующий аэрозоль, и любые другие элементы изделия, генерирующего аэрозоль, такие как опорный элемент, элемент, охлаждающий аэрозоль, и мундштук, могут быть окружены наружной оберткой. Наружная обертка может быть образована из любого подходящего материала или комбинации материалов. Наружная обертка может представлять собой сигаретную бумагу.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий от приблизительно 5 миллиметров до приблизительно 12 миллиметров, например, от приблизительно 6 миллиметров до приблизительно 8 миллиметров. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр, составляющий 7,2 миллиметра +/– 10%.
Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую от приблизительно 30 миллиметров до приблизительно 100 миллиметров. Изделие, генерирующее аэрозоль, может иметь общую длину, составляющую от 40 мм до 50 мм, например, приблизительно 45 миллиметров.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предлагается способ управления устройством индукционного нагрева согласно первому аспекту настоящего изобретения. Способ включает:
подачу питания на индуктор с источника питания постоянного тока посредством преобразователя постоянного тока в переменный для нагрева токоприемника изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева, при этом подача питания обеспечивается во множестве импульсов, разделенных интервалами времени, и
регулировку продолжительности интервалов времени между последовательными импульсами на основе постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока.
Регулировка продолжительности интервалов времени может включать регулировку интервала времени между первым импульсом и вторым последующим импульсом на основе исходного значения постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока, измеренного в начале первого импульса.
Регулировка продолжительности интервала времени может дополнительно включать:
сохранение эталонного значения продолжительности интервала времени, максимального значения постоянного тока и минимального значения постоянного тока в памяти электронной схемы подачи питания;
вычисление среднего показателя между максимальным значением постоянного тока и минимальным значением постоянного тока;
измерение постоянного тока, подаваемого источником питания постоянного тока;
сравнение исходного значения постоянного тока, измеренного в начале первого импульса, и вычисленного среднего показателя;
корректировку эталонного значения продолжительности интервала времени на основе сравнения; и
регулировку продолжительности интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом таким образом, чтобы продолжительность интервала времени между первым импульсом и вторым импульсом была равна скорректированной эталонной продолжительности интервала времени.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предлагается способ управления устройством индукционного нагрева согласно первому аспекту настоящего изобретения, при этом устройство индукционного нагрева может быть выполнено с возможностью размещения изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего токоприемник, содержащий первый материал токоприемника и второй материал токоприемника, при этом первый материал токоприемника расположен в тепловой близости ко второму материалу токоприемника, и второй материал токоприемника имеет температуру Кюри, которая ниже 500°C. Способ включает:
подачу питания на индуктор с источника питания постоянного тока посредством преобразователя постоянного тока в переменный для нагрева токоприемника изделия, генерирующего аэрозоль, когда изделие, генерирующее аэрозоль, размещено в устройстве индукционного нагрева;
определение исходного значения постоянного тока, подаваемого источником питания;
определение того, когда постоянный ток, подаваемый источником питания, имеет минимальное значение постоянного тока;
определение того, когда постоянный ток, подаваемый источником питания постоянного тока, имеет максимальное значение постоянного тока;
вычисление среднего показателя между максимальным значением постоянного тока и минимальным значением постоянного тока;
сравнение исходного значения постоянного тока и среднего показателя между минимальным значением постоянного тока и максимальным значением постоянного тока;
определение интервала времени на основе сравнения;
приостановку подачи питания с источника питания постоянного тока на индуктор при определении максимального значения постоянного тока; и,
по истечении определенного интервала времени, возобновление подачи питания с источника питания постоянного тока, таким образом обеспечена подача питания на индуктор с источника питания постоянного тока.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения предлагается система управления для устройства индукционного нагрева согласно первому аспекту настоящего изобретения, при этом система управления содержит микроконтроллер, запрограммированный для выполнения любого из этапов способа согласно третьему или четвертому аспектам настоящего изобретения.
Следует понимать, что признаки, описанные в отношении одного аспекта настоящего изобретения, могут применяться к любым другим аспектам настоящего изобретения, либо самостоятельно, либо в комбинации с другими описанными аспектами и признаками настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Следует понимать, что всякий раз, когда термин «приблизительно» используется в контексте настоящего документа применительно к конкретному значению, значение, сопровождающее термин «приблизительно», не должно точно равняться конкретному значению по техническим соображениям. Однако термин «приблизительно», используемый в контексте настоящего документа в комбинации с конкретным значением, следует понимать как включающий и также явным образом раскрывающий конкретную величину, сопровождающую термин «приблизительно».
Признаки, описанные в отношении одного аспекта или варианта реализации, могут быть применены к другим аспектам и вариантам осуществления. Далее будут описаны конкретные варианты осуществления со ссылкой на фигуры, на которых:
на фиг. 1A показан вид сверху токоприемника для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 1B показан вид сбоку токоприемника, показанного на фиг. 1A;
на фиг. 2A показан вид сверху другого токоприемника для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2B показан вид сбоку токоприемника, показанного на фиг. 2A;
на фиг. 3 показано схематическое изображение в поперечном сечении конкретного варианта осуществления изделия, генерирующего аэрозоль, содержащего токоприемник, как проиллюстрировано на фиг. 2A и 2B;
на фиг. 4 показано схематическое изображение в поперечном сечении конкретного варианта осуществления электрического устройства, генерирующего аэрозоль, для использования с изделием, генерирующим аэрозоль, проиллюстрированным на фиг. 3;
на фиг. 5 показано схематическое изображение в поперечном сечении изделия, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 3, в зацеплении с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль, показанным на фиг. 4;
на фиг. 6 показана блок–схема, на которой показаны электронные компоненты устройства, генерирующего аэрозоль, описанного в отношении фиг. 4;
на фиг. 7 показано схематическое изображение компонентов электронной схемы подачи питания устройства индукционного нагрева, показанного на фиг. 3;
на фиг. 8 показано схематическое изображение индуктора индуктивно–емкостной цепи нагрузки электронной схемы подачи питания, показанной на фиг. 7, с индуктивностью и омическим сопротивлением нагрузки;
на фиг. 9 показан график зависимости постоянного тока от времени, на котором проиллюстрированы удаленно обнаруживаемые изменения тока, которые происходят, когда материал токоприемника подвергается фазовому переходу, связанному с его точкой Кюри; и
на фиг. 10 показан график зависимости постоянного тока от времени и температуры токоприемника от времени, на котором показана регулировка продолжительности периода времени между последовательными импульсами в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1A и фиг. 1B проиллюстрирован конкретный пример цельного токоприемника, состоящего из нескольких материалов, для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Токоприемник 1 имеет форму удлиненной полоски, имеющей длину 12 мм и ширину 4 мм. Токоприемник образован из первого материала 2 токоприемника, который непосредственно соединен со вторым материалом 3 токоприемника. Первый материал 2 токоприемника имеет форму полоски из нержавеющей стали марки 430, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 35 микрометров. Второй материал 3 токоприемника является вставкой из никеля с размерами 3 мм на 2 мм на 10 микрометров. Вставка из никеля была электрически осаждена на полоску из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь марки 430 является ферромагнитным материалом, имеющим температуру Кюри, превышающую 400°C. Никель является ферромагнитным материалом, имеющим температуру Кюри, составляющую приблизительно 354°C.
Следует понимать, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения материал, образующий первый и второй материалы токоприемника, может быть изменен. Также следует понимать, что в других вариантах осуществления настоящего изобретения может существовать более одной вставки из второго материала токоприемника, расположенной в тесном физическом контакте с первым материалом токоприемника.
На фиг. 2A и фиг. 2B проиллюстрирован второй конкретный пример цельного токоприемника, состоящего из нескольких материалов, для использования в изделии, генерирующем аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Токоприемник 4 имеет форму удлиненной полоски, имеющей длину 12 мм и ширину 4 мм. Токоприемник образован из первого материала 5 токоприемника, который непосредственно соединен со вторым материалом 6 токоприемника. Первый материал 5 токоприемника имеет форму полоски из нержавеющей стали марки 430, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 25 микрометров. Второй материал 6 токоприемника имеет форму полоски из никеля, имеющей размеры 12 мм на 4 мм на 10 микрометров. Токоприемник образован посредством нанесения полоски из никеля 6 на полоску из нержавеющей стали 5. Общая толщина токоприемника составляет 35 микрометров. Токоприемник 4, показанный на фиг. 2, может называться двухслойным или многослойным токоприемником.
На фиг. 3 показано изделие 10, генерирующее аэрозоль, системы, генерирующей аэрозоль, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Изделие 10, генерирующее аэрозоль, содержит четыре коаксиально выровненных элемента: субстрат 20, образующий аэрозоль, опорный элемент 30, элемент 40, охлаждающий аэрозоль, и мундштук 50. Каждый из этих четырех элементов представляет собой по существу цилиндрический элемент, при этом каждый из них имеет по существу одинаковый диаметр. Эти четыре элемента расположены последовательно и окружены наружной оберткой 60 с образованием цилиндрического стержня. Удлиненный двухслойный токоприемник 4 расположен внутри субстрата, образующего аэрозоль, в тесном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль. Токоприемник 4 является токоприемником, описанным выше в отношении фиг. 2. Токоприемник 4 имеет длину (12 мм), которая является приблизительно такой же, как и длина субстрата, образующего аэрозоль, и расположен вдоль радиально центральной оси субстрата, образующего аэрозоль.
Изделие 10, генерирующее аэрозоль, имеет ближний или мундштучный конец 70, который пользователь вводит в свой рот во время использования, и дальний конец 80, расположенный на противоположном конце изделия 10, генерирующего аэрозоль, относительно мундштучного конца 70. В собранном состоянии общая длина образующего аэрозоль изделия 10 составляет примерно 45 мм, а диаметр составляет примерно 7,2 мм.
При использовании воздух втягивается пользователем через изделие, генерирующее аэрозоль, от дальнего конца 80 к мундштучному концу 70. Дальний конец 80 изделия, генерирующего аэрозоль, может быть также описан как расположенный раньше по ходу потока конец изделия 10, генерирующего аэрозоль, а мундштучный конец 70 изделия 10, генерирующего аэрозоль, может быть также описан как расположенный дальше по ходу потока конец изделия 10, генерирующего аэрозоль. Элементы изделия 10, генерирующего аэрозоль, расположенные между мундштучным концом 70 и дальним концом 80, могут быть описаны как расположенные раньше по ходу потока относительно мундштучного конца 70 или как расположенные дальше по ходу потока относительно дальнего конца 80.
Субстрат 20, образующий аэрозоль, расположен на крайнем дальнем или расположенном раньше по ходу потока конце 80 изделия 10, генерирующего аэрозоль. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, субстрат 20, образующий аэрозоль, содержит собранный лист гофрированного гомогенизированного табачного материала, окруженного оберткой. Гофрированный лист гомогенизированного табачного материала содержит глицерин в качестве вещества для образования аэрозоля.
Опорный элемент 30 расположен непосредственно дальше по ходу потока относительно субстрата 20, образующего аэрозоль, и упирается в субстрат 20, образующий аэрозоль. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, опорный элемент является полой ацетатцеллюлозной трубкой. Опорный элемент 30 размещает субстрат 20, образующий аэрозоль, на крайнем дальнем конце 80 изделия, генерирующего аэрозоль. Опорный элемент 30 действует также в качестве разделителя для отделения элемента 40, охлаждающего аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, от субстрата 20, образующего аэрозоль.
Элемент 40, охлаждающий аэрозоль, расположен непосредственно дальше по ходу потока относительно опорного элемента 30 и упирается в опорный элемент 30. При использовании летучие вещества, высвобождаемые из субстрата 20, образующего аэрозоль, проходят вдоль элемента 40, охлаждающего аэрозоль, в направлении мундштучного конца 70 изделия 10, генерирующего аэрозоль. Летучие вещества могут охлаждаться внутри элемента 40, охлаждающего аэрозоль, с образованием аэрозоля, который вдыхается пользователем. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, элемент, охлаждающий аэрозоль, содержит гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты, окруженный оберткой 90. Гофрированный и собранный лист из полимолочной кислоты образует множество продольных каналов, которые проходят вдоль длины элемента 40, охлаждающего аэрозоль.
Мундштук 50 расположен непосредственно дальше по ходу потока относительно элемента 40, охлаждающего аэрозоль, и упирается в элемент 40, охлаждающий аэрозоль. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, мундштук 50 содержит традиционный фильтр из ацетатцеллюлозного волокна с низкой эффективностью фильтрации.
Для сборки изделия 10, генерирующего аэрозоль, четыре вышеописанных цилиндрических элемента выравниваются и плотно заворачиваются внутри наружной обертки 60. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3, наружная обертка является традиционной сигаретной бумагой. Токоприемник 4 может быть введен в субстрат 20, образующий аэрозоль, во время процесса, используемого для образования субстрата, образующего аэрозоль, перед сборкой нескольких элементов для образования стержня.
Конкретный вариант осуществления, описанный в отношении фиг. 3, содержит субстрат, образующий аэрозоль, образованный из гомогенизированного табака. Однако следует понимать, что в других вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может быть образован из разного материала. Например, второй конкретный вариант осуществления изделия, генерирующего аэрозоль, содержит элементы, которые идентичны тем, что описаны выше в отношении варианта осуществления, показанного на фиг. 3, за тем исключением, что субстрат 20, образующий аэрозоль, образован из нетабачного листа сигаретной бумаги, которая была смочена в жидком составе, содержащем пируват никотина, глицерин и воду. Сигаретная бумага впитывает жидкий состав, и нетабачный лист содержит пируват никотина, глицерин и воду. Отношение глицерина к никотину составляет 5:1. При использовании субстрат 20, образующий аэрозоль, нагревается до температуры, составляющей приблизительно 220 градусов по Цельсию. При такой температуре выделяется аэрозоль, содержащий пируват никотина, глицерин и воду, который может быть втянут через фильтр 50 в рот пользователя. Следует отметить, что температура, до которой нагревают субстрат 20, значительно ниже температуры, необходимой для выделения аэрозоля из табачного субстрата. Таким образом, в таком варианте осуществления второй материал токоприемника может представлять собой материал, у которого температура Кюри ниже, чем у никеля. Может быть выбран, например, подходящий никелевый сплав.
Изделие 10, генерирующее аэрозоль, проиллюстрированное на фиг. 3, предназначено для зацепления с электрическим устройством, генерирующим аэрозоль, содержащим индукционную катушку, или индуктор, c целью потребления пользователем.
Схематическое изображение в поперечном сечении электрического устройства 100, генерирующего аэрозоль, показано на фиг. 4. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, представляет собой устройство индукционного нагрева согласно настоящему изобретению. Электрическое устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит корпус 11, имеющий по существу цилиндрическую форму, который по существу содержит компоненты устройства. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит индуктор 110. Как показано на фиг. 4, индуктор 110 расположен смежно с дальней частью 131 камеры 130, вмещающей субстрат, устройства 100, генерирующего аэрозоль. При использовании пользователь вводит изделие 10, генерирующее аэрозоль, в камеру 130, вмещающую субстрат, устройства 100, генерирующего аэрозоль, таким образом субстрат 20, образующий аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, расположен смежно с индуктором 110.
Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит батарею 150 и электронную схему 160 подачи питания, которые обеспечивают возможность активации индуктора 110. Данная активация может выполняться вручную или может происходить автоматически в ответ на затяжку пользователем из изделия 10, генерирующего аэрозоль, введенного в камеру 130, вмещающую субстрат, устройства 100, генерирующего аэрозоль. Батарея 150 представляет собой источник питания постоянного тока и подает постоянный ток и напряжение постоянного тока. Электронная схема 160 подачи питания содержит преобразователь постоянного тока в переменный или инвертор 162 для подачи на индуктор 110 высокочастотного переменного тока, как описано более подробно ниже. Батарея 150 электрически подключена к электронной схеме подачи питания посредством подходящего электрического соединения 152.
На фиг. 5 показано изделие 10, генерирующее аэрозоль, в зацеплении с электрическим устройством 100, генерирующим аэрозоль. При активации устройства 100 высокочастотный переменный ток проходит через витки провода, которые образуют часть индуктора 110. Это приводит к генерированию индуктором 110 пульсирующего электромагнитного поля внутри дальней части 131 полости 130, вмещающей субстрат, устройства. Электромагнитное поле может пульсировать с частотой от приблизительно 1 МГц до приблизительно 30 МГц, от приблизительно 2 МГц до приблизительно 10 МГц или от приблизительно 5 МГц до приблизительно 7 МГц. Если изделие 10, генерирующее аэрозоль, правильно расположено в полости 130, вмещающей субстрат, токоприемник 4 изделия 10 располагается внутри этого пульсирующего электромагнитного поля. Пульсирующее поле генерирует вихревые токи внутри токоприемника, что повышает температуру токоприемника 4. Дополнительное нагревание обеспечивается посредством потерь на магнитный гистерезис внутри токоприемника 4. Тепло передается от нагретого токоприемника 4 к субстрату 20, образующему аэрозоль, изделия 10, генерирующего аэрозоль, в основном за счет проводимости. Нагретый токоприемник 4 нагревает субстрат 20, образующий аэрозоль, до температуры, достаточной для образования аэрозоля. Аэрозоль втягивается дальше по ходу потока через изделие 10, генерирующее аэрозоль, и вдыхается пользователем.
DC
DC
AC
На фиг. 6 показана блок–схема, на которой показаны электронные компоненты устройства 100, генерирующего аэрозоль, описанного в отношении фиг. 4. Устройство 100, генерирующее аэрозоль, содержит источник 150 питания постоянного тока (батарею), микроконтроллер 161 (микропроцессорный блок управления), преобразователь постоянного тока в переменный или инвертор 162, согласующую сеть 163 для адаптации к нагрузке и индуктор 110. Микропроцессорный блок 161 управления, преобразователь постоянного тока в переменный или инвертор 162 и согласующая сеть 163 все входят в состав электронной схемы 160 подачи питания. Напряжение VDC источника постоянного тока и постоянного тока IDC, поступающего с источника 150 питания постоянного тока, предоставляются каналами обратной связи на микропроцессорный блок 161 управления. Это может происходить посредством измерения как напряжения V источника постоянного тока, так и постоянного тока I, поступающего с источника 150 питания постоянного тока, с целью управления дополнительной подачей P энергии переменного тока на индуктор 110.
Следует понимать, что согласующая сеть 163 может быть предусмотрена для оптимальной адаптации электронной схемы 160 подачи питания к нагрузке изделия 10, генерирующего аэрозоль, но это необязательно. В других вариантах осуществления электронная схема может быть не предусмотрена с согласующей сетью.
DC
DC
катушки
нагрузки
На фиг. 7 показано несколько компонентов электронной схемы 160 подачи питания, более конкретно преобразователя 162 постоянного тока в переменный. Как можно видеть на фиг. 7, преобразователь 162 постоянного тока в переменный содержит усилитель мощности класса E, включающий транзисторный переключатель 1620, содержащий полевой транзистор 1621 (FET), например, полевой транзистор со структурой металл–оксид–полупроводник (MOSFET), схему питания транзисторного переключателя, обозначенную стрелкой 1622, для подачи сигнала переключения (напряжение затвор–исток) на FET 1621, и индуктивно–емкостную цепь 1623 нагрузки, содержащую шунтирующий конденсатор C1 и последовательное соединение конденсатора C2 и индуктора L2. Кроме того, показан источник 150 питания постоянного тока, содержащий дроссель L1, для подачи напряжения V источника постоянного тока, при этом постоянный ток I поступает с источника 150 питания постоянного тока во время работы. На фиг. 8 показано омическое сопротивление R, отображающее общую омическую нагрузку 1624, которая представляет собой сумму омического сопротивления R индуктора L2 и омического сопротивления R токоприемника 4.
Общий принцип работы усилителя мощности класса E известен и подробно описан в статье «Class–E RF Power Amplifiers», автор Nathan O. Sokal, опубликованной в журнале QEX, выходящем раз в два месяца, выпуск за январь/февраль 2001 г., стр. 9–20, издание Американской лиги радиолюбителей (ARRL), г. Ньюингтон, Коннектикут, США; и в WO–A1–2015/177255, WO–A1–2015/177256 и WO–A1–2015/177257, упомянутых ранее.
3
Из–за очень малого количества компонентов можно поддерживать чрезвычайно маленький объем электронных схем 160 подачи питания. Например, объем электронной схемы подачи питания может составлять не больше 2 см. Этот чрезвычайно небольшой объем электронных схем подачи питания возможен благодаря индуктору L2 индуктивно–емкостной цепи 1623 нагрузки, непосредственно используемого в качестве индуктора 110 для индуктивной связи с токоприемником 4 изделия, образующего аэрозоль, и этот небольшой объем позволяет сохранять небольшие общие размеры всего устройства 1. В вариантах осуществления, где помимо индуктора L2 используется отдельный индуктор для индуктивной связи с токоприемником 21, это неизбежно увеличивает размер электронной схемы подачи питания. Размер электронной схемы подачи питания также увеличивается за счет предоставления согласующей сети 163.
a
a
DC
a
Во время работы электрической системы, генерирующей аэрозоль, индуктор 100 генерирует высокочастотное переменное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в токоприемнике 4. Поскольку токоприемник 4 изделия 10, генерирующего аэрозоль, нагревается во время работы, кажущееся сопротивление (R) токоприемника увеличивается по мере увеличения температуры токоприемника 110. Это увеличение кажущегося сопротивления R дистанционно обнаруживается электронной схемой 160 подачи питания посредством измерений постоянного тока I, поступающего с источника 150 питания постоянного тока, который при постоянном напряжении уменьшается по мере увеличения температуры и кажущегося сопротивления R токоприемника.
DC
Высокочастотное переменное магнитное поле, обеспеченное индуктором 110, индуцирует вихревые токи в непосредственной близости к поверхности токоприемника. Сопротивление токоприемника зависит частично от электрических удельных сопротивлений первого и второго материалов токоприемника и частично от глубины поверхностного слоя в каждом материале, доступном для индуцированных вихревых токов. По достижении вторым материалом 6 токоприемника (никелем) своей температуры Кюри, он теряет свои магнитные свойства. Это вызывает увеличение поверхностного слоя, доступного для вихревых токов во втором материале 6 токоприемника, что вызывает снижение кажущегося сопротивления токоприемника. Результатом этого является временное увеличение обнаруживаемого постоянного тока I, поступающего с источника 150 питания постоянного тока, когда второй материал токоприемника достигает своей точки Кюри. Это можно увидеть на графике, показанном на фиг. 9.
На фиг. 10 показан график ряда последовательных импульсов мощности, поступающих с источника 150 питания постоянного тока на индуктор 110 во время работы устройства 1. На фиг. 10 можно видеть, что продолжительность импульсов и продолжительность интервалов времени между импульсами не постоянны.
Электронная схема 160 подачи питания измеряет постоянный ток, подаваемый с источника 150 питания постоянного тока на индуктор 110. Как показано на фиг. 10, постоянный ток указывает на температуру токоприемника 4.
1–5
DCмакс
DCмакс
Электронная схема подачи питания определяет продолжительность каждого из импульсов P посредством обнаружения максимального значения I постоянного тока для каждого импульса. Максимальный постоянный ток указывает на то, что токоприемник 4 имеет температуру, которая выше второй температуры Кюри, и на то, что происходит фазовый переход второго материала токоприемника. Таким образом, при обнаружении подачи максимального значения I постоянного тока источником 150 питания постоянного тока, электронная схема 160 подачи питания приостанавливает подачу питания с источника 150 питания постоянного тока на индуктор 110. Это предотвращает перегрев субстрата, образующего аэрозоль, в изделии 10, генерирующем аэрозоль, токоприемником 4.
DCмин
Электронная схема 160 подачи питания определяет минимальное значение I постоянного тока, подаваемого источником 150 питания постоянного тока на индуктор 110.
n
n
n+1
DCмин
DCмакс
A
DCмакс
DCмин
A
An
Электронная схема 160 подачи питания определяет продолжительность Δt интервала времени между текущим импульсом P и последующим импульсом P при обнаружении минимального и максимального значений I, I постоянного тока. Электронная схема 160 подачи питания выполнена с возможностью вычисления среднего показателя I между максимальным значением I постоянного тока и минимальным значением I постоянного тока для каждого импульса, и сравнивания среднего показателя I и исходного значения I постоянного тока, измеренного в начале каждого импульса. Электронная схема 160 подачи питания корректирует эталонное значение продолжительности интервала времени, сохраненное в памяти электронной схемы подачи питания на основе сравнения.
n+1
При приостановке подачи питания с источника 150 питания постоянного тока на индуктор 110 электронная схема подачи питания ожидает период времени, эквивалентный скорректированной эталонной продолжительности интервала времени. По истечении периода времени, эквивалентного скорректированной эталонной продолжительности интервала времени, электронная схема подачи питания возобновляет подачу питания с источника 150 питания постоянного тока на индуктор 110 для инициации следующего импульса P.
A2
2
A
DCмакс
DCмин
A
макс
мин
2
1
2
3
0
1
2
2
3
Как показано на фиг. 10, исходное значение I постоянного тока для второго импульса P превышает средний показатель I между максимальным значением I постоянного тока и минимальным значением I постоянного тока. Это указывает на то, что температура токоприемника ниже среднего показателя температуры T между максимальной температурой T и минимальной температурой Tв начале второго импульса P. Таким образом, электронная схема подачи питания уменьшает продолжительность интервала Δt времени между вторым импульсом P и третьим импульсом P по сравнению с интервалом Δt времени между первым импульсом P и вторым импульсом P. Эта корректировка предусматривает меньше времени для охлаждения токоприемника между вторым импульсом P и третьим импульсом P.
A3
3
DCмакс
DCмин
A
3
2
3
4
1
2
3
3
4
Подобным образом, исходное значение I постоянного тока для третьего импульса P ниже среднего показателя между максимальным значением I постоянного тока и минимальным значением I постоянного тока. Это указывает на то, что температура токоприемника выше среднего показателя T температуры в начале третьего импульса P. Таким образом, электронная схема подачи питания уменьшает продолжительность интервала Δt времени между третьим импульсом P и четвертым импульсом P по сравнению с интервалом Δt времени между вторым импульсом P и третьим импульсом P. Эта корректировка предусматривает больше времени для охлаждения токоприемника между третьим импульсом P и четвертым импульсом P.
A4
4
A
DCмакс
DCмин
4
4
5
3
3
4
A
DCмакс
DCмин
Исходное значение I постоянного тока для четвертого импульса P равно среднему показателю I между максимальным значением I постоянного тока и минимальным значением I постоянного тока. Таким образом, электронная схема подачи питания не корректирует продолжительность интервала Δt времени между четвертым импульсом P и пятым импульсом P, используя такую же продолжительность, что и интервал Δt времени между третьим импульсом P и четвертым импульсом P. Таким образом, продолжительность интервала времени между последовательными импульсами стабилизировалась по истечении четырех импульсов. Поскольку продолжительность интервала времени стабилизировалась, колебания в исходном значении постоянного тока относительно среднего показателя I между максимальным значением I постоянного тока и минимальным значением I постоянного тока для последовательных импульсов могут указывать на осуществление пользователем затяжек посредством изделия, генерирующего аэрозоль.
Иллюстративные варианты осуществления, описанные выше, не предназначены для ограничения объема формулы изобретения. Специалистам в данной области техники будут очевидны и другие варианты осуществления, соответствующие вышеописанным иллюстративным вариантам осуществления.