ЭЛЕКТРОННАЯ СИГАРЕТА И ПЕРЕЗАРЯЖАЕМАЯ УПАКОВКА СИГАРЕТ
ELECTRONIC CIGARETTE AND RECHARGEABLE CIGARETTE PACKAGING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электронной сигарете, такой как электронная система для обеспечения испарения или электронная система для доставки никотина, а также перезаряжаемая упаковка для электронной сигареты.
Уровень техники
Электронные системы для обеспечения испарения, электронные системы для доставки никотина, и т.д., которые все вместе рассматриваются в этом описании как электронные сигареты, в общем, содержат резервуар жидкости, которая должна испаряться. Когда пользователь всасывает или втягивает воздух через устройство, это активизирует нагреватель, чтобы испарять небольшое количество жидкости, которая затем вдыхается пользователем. Большая часть электронных сигарет включают в себя перезаряжаемую батарею для подачи электрического питания к нагревателю и другим электрическим/ электронным компонентам, таким как датчик для обнаружения вдыхания. Некоторые электронные сигареты имеют секцию картриджа. После того, как никотин или другая жидкость в этом картридже была израсходована, пустой картридж может удаляться или отделяться от электронной сигареты и заменяться новым картриджем, содержащим дополнительное количество никотина.
Электронные сигареты часто поставляются в упаковках для защиты и для более лёгкой переносимости. Такие упаковки могут вмещать множество электронных сигарет и/или картриджей для замены, таким образом предлагая резервные средства, если одна из электронных сигарет (или картридж) израсходована. Упаковка электронных сигарет также может иметь способность перезаряжать электронные сигареты, помогая снова гарантировать хорошую эксплуатационную готовность электронной сигареты для пользователя. Обычно упаковка обеспечивается цилиндрическим отверстием, чтобы принимать электронную сигарету для перезарядки. Отверстие обычно отражает удлинённую цилиндрическую форму электронной сигареты. Когда электронная сигарета располагается в отверстии, батарея может быть перезаряжена с помощью соответствующего проводного или беспроводного соединения (беспроводное соединение может основываться на индукционной зарядке). В некоторых упаковках цилиндрическое отверстие может вмещать для перезарядки электронную сигарету целиком, в то время как в других упаковках только часть электронной сигареты может помещаться в отверстие.
В некоторых устройствах упаковка должна подключаться к источнику электропитания, например, сетевая розетка или соединение USB, во время перезарядки батареи электронной сигареты. В этом случае упаковка обычно действует как удобное устройство для удерживания и установления связи с электронной сигаретой во время перезарядки. В других устройствах сама упаковка обеспечивается батареей (или другим устройством аккумулирования заряда). Батарея упаковки позволяет электронной сигарете перезаряжаться от упаковки без необходимости для упаковки присоединяться к внешнему источнику электропитания во время перезарядки, таким образом обеспечивая большее удобство для пользователя.
Батарея упаковки будет со временем выработана, и поэтому обычно она обеспечивается своим собственным устройством для перезарядки, обычно снова основанным на какой-либо форме сетевой розетки или соединения USB. Однако, поскольку упаковка по размеру больше, чем электронная сигарета, она может вмещать батарею, которая больше по размеру, и поэтому упаковка на должна перезаряжаться также часто, как электронная сигарета. Например, зарядная ёмкость обычной батареи упаковки может приблизительно составлять 800 мАч. Соответственно, батарея упаковки способна перезаряжать электронную сигарету несколько раз, по крайней мере, до тех пор, пока сама батарея упаковки не будет нуждаться в перезарядке.
Такое множественное или иерархическое расположение раздельно заряжаемых систем, а именно: первоначально электронной сигареты, а во вторую очередь упаковки для электронной сигареты, является относительно редким. И наоборот, большая часть перезаряжаемых устройств, например, мобильных (сотовых) телефонов обычно присоединяются напрямую к устройству для зарядки, получающему питание от электросети (или ещё к автомобильному устройству для зарядки).
Для функционирования и перезарядки электронной сигареты и взаимодействующей с ней упаковки сигарет желательно, чтобы она была, насколько это возможно, безопасной, надёжной и удобной для пользователя. Одна из потенциальных проблем относится к ионно-литиевым батареям, которые используются во многих типах устройств, включая электронные сигареты, вследствие присущей им высокой плотности энергии. Если такая батарея является неисправной, она может в редких случаях воспламеняться (см., например, сообщение в печати, датированное 4 февраля 2014, озаглавленное как “Batteries on planes pose ‘increased fire risk’” – «Батареи на самолётах представляют увеличенный риск воспламенения» (http://www.bbc.co.uk/news/business-25733346). Хотя некоторые существующие электронные сигареты могут включать в себя определённые признаки безопасности, чтобы обращаться с такими вопросами, включение этих вопросов в общем носит спонтанный (а не системный) характер.
Раскрытие изобретения
Обеспечивается упаковка сигарет для размещения в ней и перезарядки электронной сигареты. Упаковка содержит: перезаряжаемую батарею упаковки сигарет; первый разъём, который может электрически присоединяться к внешнему источнику питания; первый перезаряжающий механизм для перезарядки батареи упаковки сигарет, использующий внешний источник питания, когда первый разъём электрически присоединяется к внешнему источнику питания; второй разъём, который может электрически присоединяться к электронной сигарете, содержащейся внутри упаковки сигарет; и второй перезаряжающий механизм для перезарядки электронной сигареты, когда электронная сигарета электрически присоединяется ко второму разъёму. Первый перезаряжающий механизм содержит первый модуль защитной цепи для предотвращения протекания электрической энергии от внешнего источника питания к батарее упаковки сигарет, когда ток, подаваемый к батарее упаковки сигарет, превышает первое заданное пороговое значение тока, или напряжение, подаваемое к батарее упаковки сигарет, превышает первое заданное пороговое значение напряжения. Второй перезаряжающий механизм содержит второй модуль защитной цепи для предотвращения протекания электрической энергии от батареи упаковки сигарет к электронной сигарете, когда ток, подаваемый батареей упаковки сигарет, превышает второе заданное пороговое значение тока, или, когда напряжение, подаваемое батареей упаковки сигарет, превышает второе заданное пороговое значение напряжения.
Обеспечиваемая электронная сигарета содержит: батарею; разъём, который может электрически присоединяться к внешней батарее упаковки сигарет; и перезаряжающий механизм для перезарядки батареи, использующей внешнюю батарею упаковки сигарет, когда разъём электрически соединён с внешней батареей упаковки сигарет. Перезаряжающий механизм содержит контроллер зарядки для управления электрической энергией, протекающей от внешней батареи упаковки сигарет к батарее сигареты; датчик температуры, который реагирует на температуру батареи; и таймер. Контроллер зарядки выполнен таким образом, чтобы предотвращать протекание электрической энергии от внешней батареи упаковки сигарет к батарее сигареты, когда обнаруживается, что температура батареи находится за пределами диапазона, определяемого между нижним пороговым значением температуры и верхним пороговым значением температуры. Таймер выполнен таким образом, чтобы начинать определение времени, когда электрическая энергия начинает протекать от внешнего источника питания к батарее упаковки сигарет, а также предотвращать протекание электрической энергии от внешней батареи упаковки сигарет к батарее сигареты после того, как заданный период времени истекает.
Настоящий подход не ограничивается специфическими вариантами осуществления изобретения таким образом, как они устанавливаются здесь, но признаки из различных вариантов осуществления изобретения могут комбинироваться, изменяться, пропускаться или заменяться специалистами в данной области техники, в соответствии с обстоятельствами какого-либо заданного варианта применения.
Краткое описание чертежей
Сейчас будут подробно описываться различные варианты осуществления изобретения только в качестве примера со ссылкой на следующие чертежи:
Фиг. 1 является схематической (покомпонентной) диаграммой электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 2 является схематической (упрощённой) диаграммой корпуса электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 3 является схематической диаграммой картомайзера электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 4 является схематической диаграммой определённых деталей разъёма на одном конце корпуса электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 5 иллюстрирует колпачок с разъёмом на другом конце корпуса электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 6 является схематической диаграммой главных функциональных компонентов корпуса электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 7 иллюстрирует упаковку сигарет для приёма и размещения электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 8 иллюстрирует главные компоненты, которые размещаются внутри корпуса упаковки сигарет, показанной на фиг. 7, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 9А и 9В иллюстрируют (на виде с покомпонентным расположением деталей) сборочный узел 700 соединения электронной сигареты упаковки сигарет, показанной на фиг. 7, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 10 является схематической диаграммой компонентов безопасности электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Фиг. 11 является схематической диаграммой компонентов безопасности упаковки сигарет, показанной на фиг. 7, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Фиг. 1 является схематической диаграммой электронной системы для доставки никотина, такой как электронная сигарета 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (не в масштабе). Электронная сигарета имеет в общем цилиндрическую форму, вытянутую вдоль продольной оси, обозначенной пунктирной линией LA, при этом она содержит два главных компонента, а именно: корпус 20 и картомайзер 30. Картомайзер включает в себя внутреннюю камеру, содержащую резервуар с никотином, испаритель (такой как нагреватель) и мундштук 35 для курения. Резервуар может быть пенной матрицей или любой другой структурой для удерживания никотина до наступления такого момента времени, когда требуется его доставка к испарителю. Картомайзер 30 также включает в себя нагреватель для испарения никотина и может дополнительно включать в себя впитывающий фитилёк или подобное средство для транспортировки малого количества никотина от резервуара к положению для нагревания на нагревателе или рядом с ним.
Корпус 20 включает в себя перезаряжаемый элемент или батарею, чтобы обеспечивать электропитанием электронную сигарету 10 и печатную плату для общего управления электронной сигаретой. Когда нагреватель получает электропитание от батареи, что производится под управлением печатной платы, нагреватель испаряет никотин и затем эти пары вдыхаются пользователем через мундштук для курения.
Корпус 20 и картомайзер 30 могут отсоединяться друг от друга посредством разделения в направлении, параллельном продольной оси LA, как показано на фиг. 1, но соединяются вместе, когда устройство 10 находится в использовании, с помощью соединения, схематически обозначенного на фиг. 1 как 25А и 25В, чтобы обеспечивать механическое и электрическое соединение между корпусом 20 и картомайзером 30. Электрический разъём на корпусе 20, который используется для присоединения к картомайзеру, также служит в качестве разъёма для присоединения зарядного устройства (не показано), когда корпус отсоединяется от картомайзера 30. Другой конец зарядного устройства может вставляться в гнездо разъёма USB, чтобы перезарядить элемент в корпусе электронной сигареты. В других вариантах использования может обеспечиваться кабель для прямого соединения между электрическим разъёмом на корпусе и гнездом разъёма USB.
Электронная сигарета 10 обеспечивается одним или более отверстий (не показаны на фиг. 1) для впуска воздуха. Эти отверстия присоединяются к воздушному проходу через электронную сигарету 10 к мундштуку 35 для курения. Когда пользователь производит вдох через мундштук 35 для курения, воздух втягивается в этот воздушный проход через одно или более впускных отверстий для воздуха, которые соответствующим образом располагаются на наружной стороне электронной сигареты. Этот воздушный поток (или полученный в результате изменения давления) обнаруживается датчиком давления, что в свою очередь активизирует нагреватель для испарения никотина из картриджа. Воздушный поток проходит через никотиновые испарения и объединяется с ними, затем этот объединённый поток из воздушного потока и никотиновых испарений выходит из мундштука 35 для курения, чтобы вдыхаться пользователем. Картомайзер 30 может отделяться от корпуса 20 и утилизироваться, когда подача никотина прекращается (и может заменяться при желании другим картомайзером).
Следует принимать во внимание, что электронная сигарета 10, показанная на фиг. 1, представлена в качестве примера, и различные другие варианты применения также могут использоваться. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения картомайзер 30 обеспечивается как два раздельных компонента, а именно: картридж, который содержит никотиновый резервуар и мундштук для курения (который может заменяться, когда никотин из резервуара израсходуется), и испаритель, содержащий нагреватель (который обычно остаётся). В других вариантах осуществления изобретения электронная сигарета 10, корпус 20 и картомайзер 30 могут быть постоянно соединены вместе, таким образом они по существу являются единственным компонентом. Некоторые такие моноблочные (как единая деталь) электронные сигареты могут позволять пополнять резервуар с никотином, когда он израсходуется, используя какой-либо подходящий механизм для дозаправки никотина; другие моноблочные электронные сигареты могут утилизироваться, как только резервуар с никотином израсходуется. Следует отметить, что этот последний тип устройства всё ещё в общем поддерживает перезарядку, поскольку батарея обычно будет становиться выработанной более быстро, чем резервуар с никотином. Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание, что возможно также множество дополнительных конструкций и вариантов применения электронной сигареты.
Фиг. 2 является схематической (упрощённой) диаграммой корпуса 20 электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 2 может в общем рассматриваться как сечение в плоскости, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты. Следует отметить, что различные компоненты и детали корпуса, например, такие как проводка и более сложное профилирование, были исключены из фиг. 2 для достижения большей ясности.
Как показано на фиг. 2, корпус 20 включает в себя батарею или элемент 210 для подачи электропитания к электронной сигарете 10, а также микросхему, такую как специализированная интегральная микросхема (ASIC) или микроконтроллер для управления электронной сигаретой 10. Микросхема ASIC может позиционироваться поблизости от или на одном конце батареи 210. Микросхема ASIC прикрепляется к датчику 215, чтобы обнаруживать вдыхание на мундштуке 35 для курения (или альтернативно, датчик 215 может обеспечиваться на самой микросхеме ASIC). В ответ на обнаружение вдыхания, микросхема ASIC обеспечивает электропитание от батареи или элемента 210 для нагревателя в картомайзере, чтобы испарять никотин в воздушный поток, который вдыхается пользователем.
Корпус дополнительно включает в себя колпачок 225, чтобы герметизировать и защищать дальний (удалённый) конец электронной сигареты. Колпачок содержит впускное отверстие для воздуха, обеспечиваемое в колпачке 225 или рядом с ним, чтобы позволять воздуху входить в корпус и протекать мимо датчика 215, когда пользователь совершает вдох через мундштук 35 для курения. Следовательно, этот воздушный поток позволяет датчику 215 обнаруживать вдыхание пользователя. Колпачок 225 также может содержать пару электрических контактов, которые позволяют электронной сигарете 10 заряжаться, используя эти электрические контакты (в дополнение к или вместо зарядки через разъём USB или подобному устройству, использующему соединитель 25В). Это более подробно объясняется в дальнейшем.
На противоположном конце корпуса 20 относительно колпачка 225 находится соединитель 25В для присоединения корпуса 20 к картомайзеру 30. Соединитель 25В обеспечивает механическое и электрическое соединение между корпусом 20 и картомайзером 30. Соединитель 25В включает в себя соединитель 240 корпуса, который является металлическим (в некоторых вариантах осуществления изобретения является посеребрённым), чтобы служить в качестве одного из выводов для электрического соединения (положительного или отрицательного) для картомайзера 30. Соединитель 25В дополнительно включает в себя электрический контакт 250, чтобы обеспечивать второй вывод для электрического соединения с картомайзером 30 противоположной полярности по отношению к первому выводу, а именно – к соединителю 240 корпуса. Электрический контакт 250 устанавливается на витой пружине 255. Когда корпус 20 прикрепляется к картомайзеру 30, соединитель 25А на картомайзере толкается к электрическому контакту 250 таким образом, чтобы нажимать на витую пружину в осевом направлении, т.е. в направлении, параллельном (совместно выровненном с) продольной оси LA. С учётом упругой природы пружины 255, это сжимание смещает пружину таким образом, что она стремится растягиваться*, что создаёт эффект устойчивого толкания электрического контакта 250 к соединителю 25А, таким образом помогая гарантировать хорошую электрическую соединяемость между корпусом 20 и картомайзером 30. Соединитель 240 корпуса и электрический контакт 250 разделяются рамной опорой 260, которая выполнена из материала, не проводящего ток (такого как пластик), чтобы обеспечивать хорошую изоляцию между двумя электрическими выводами. Рамной опоре 260 придаётся такая форма, чтобы оказывать содействие взаимному механическому зацеплению соединителей 25А и 25В.
Фиг. 3 является схематической диаграммой картомайзера 30 электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 3 может в общем рассматриваться как сечение в плоскости, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты. Следует отметить, что различные компоненты и детали корпуса, например, такие как проводка и более сложное профилирование, были исключены из фиг. 3 для достижения большей ясности.
Картомайзер 30 включает в себя воздушный проход 355, проходящий вдоль центральной (продольной) оси картомайзера 30 от мундштука 35 для курения до соединителя 25А для присоединения картомайзера к корпусу 20. Резервуар 360 с никотином обеспечивается вокруг воздушного прохода 335. Этот резервуар 360 может использоваться, например, посредством обеспечения хлопка или пены, пропитанной никотином. Картомайзер также включает в себя нагреватель 365 для нагревания никотина из резервуара 360, чтобы создавать испарение никотина для последующего протекания через воздушный проход 355, и в дальнейшем выходить через мундштук 35 для курения в ответ на вдыхание пользователем через электронную сигарету 10. Нагреватель 365 получает электропитание через линии 366 и 367, которые, в свою очередь, присоединяются к противоположным полюсам (положительному и отрицательному, или наоборот) батареи 210 через соединитель 25А (подробности электропроводки между питающими линиями 366 и 367 и соединителем 25А на фиг. 3 не показаны).
Соединитель 25А включает в себя внутренний электрод 375, который может быть посеребрённым или может быть выполнен из какого-либо другого подходящего металла. Когда картомайзер 30 присоединяется к корпусу 20, внутренний электрод 375 контактирует с электрическим контактом 250 корпуса 20, чтобы обеспечивать первую электрическую дорожку между картомайзером и корпусом. В частности, когда соединители 25А и 25В входят в зацепление, внутренний электрод 375 толкается к электрическому контакту 250, для того, чтобы нажимать на витую пружину 255, таким образом помогая гарантировать хороший электрический контакт между внутренним электродом 375 и электрическим контактом 250.
Внутренний электрод 375 окружается изолирующим кольцом 372, которое может быть изготовлено из пластика, резины, силикона или любого другого подходящего материала. Изолирующее кольцо окружается соединителем 370 картомайзера, который может быть посеребрённым или может быть выполнен из какого-либо другого подходящего металла или проводящего ток материала. Когда картомайзер 30 присоединяется к корпусу 20, соединитель 370 картомайзера контактирует с соединителем 240 корпуса 20, чтобы обеспечивать вторую электрическую дорожку между картомайзером и корпусом. Другими словами, внутренний электрод 375 и соединитель 370 картомайзера используются в качестве положительного и отрицательного выводов (или наоборот) для подачи электропитания от батареи 210 в корпусе к нагревателю 365 в картомайзере через питающие линии 366 и 367 в случае необходимости.
Соединитель 370 картомайзера обеспечивается двумя бобышками или язычками 380А, 380В, которые проходят в противоположных направлениях на некотором расстоянии от продольной оси электронной сигареты. Эти выступы используются для того, чтобы обеспечивать штыковое соединение во взаимосвязи с соединителем 240 корпуса для присоединения картомайзера 30 к корпусу 20. Это штыковое соединение обеспечивает прочное и надёжное соединение между картомайзером 30 и корпусом 20, в результате чего картомайзер и корпус удерживаются в фиксированном положении относительно друг друга без пошатывания и изгибания, при этом вероятность какого-либо случайного отсоединения очень мала. В то же самое время штыковое соединение обеспечивает простое и быстрое соединение и отсоединение с помощью вставления и последующего поворачивания для завершения соединения, а также поворачивания (в противоположном направлении) и последующего вытягивания для отсоединения. Следует принимать во внимание, что другие варианты осуществления изобретения могут использовать другую форму соединения между корпусом 20 и картомайзером 30, например, такое как соединение на защёлках или винтовое соединение.
Фиг. 4 является схематической диаграммой определённых подробностей соединителя 25В на конце корпуса 20 электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (но пропуская для ясности большую часть внутренней структуры соединителя, показанной на фиг. 2, такой как рамная опора 260). В частности, фиг. 4 показывает внешний кожух 201 корпуса 20, который в общем имеет форму цилиндрической трубки. Этот внешний кожух 201 может содержать, например, внутреннюю металлическую трубку с внешним покрытием из бумаги или подобного материала.
Соединитель 240 корпуса проходит от этого внешнего кожуха 201 корпуса 20. Соединитель 240 корпуса, как показано на фиг. 4, содержит две главные части: часть 241 вала в форме пустотелой цилиндрической трубки, размер которой подбирается таким образом, чтобы устанавливаться точно внутри внешнего кожуха 201 корпуса 20, и часть 242 с буртиком, который направлен в радиальном направлении наружу, на некотором расстоянии от главной продольной оси (LA) электронной сигареты. Деталь, окружающая часть 241 вала соединителя 240 корпуса, где часть 241 вала не пересекается с внешним кожухом 201, является манжетой или втулкой 290, которая также выполнена в форме цилиндрической трубки. Манжета 290 удерживается между частью 242 с буртиком соединителя 240 корпуса и внешним кожухом 201 корпуса, которые вместе предотвращают перемещение манжеты 290 в осевом направлении (т.е. параллельно оси LA). Однако манжета 290 может свободно вращаться вокруг части 241 вала (и, следовательно, также вокруг оси LA).
Как упоминалось выше, колпачок 225 обеспечивается воздушным впускным отверстием, чтобы позволить воздуху протекать мимо датчика 215, когда пользователь совершает вдох через мундштук 35 для курения. Однако, большая часть воздуха, который входит в устройство, когда пользователь совершает вдох, протекает через манжету 290 и соединитель 240 корпуса, как обозначено двумя стрелками на фиг. 4. (Манжета 290 и соединитель 240 корпуса обеспечиваются отверстиями, не показанными на фиг. 4, чтобы поддерживать такой воздушный поток).
Фиг. 5 иллюстрирует колпачок или наконечник 225 корпуса 20 электронной сигареты 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Колпачок 225 содержит разъём 900, содержащий два электрических контакта 900А, 900В. Электрический контакт 900В является круговым контактом точечного типа (point-type), расположенным в центре колпачка 225. Электрический контакт 900А является круглым кольцом, которое является концентрическим по отношению к контакту 900А, и обеспечивается вокруг наружной части или ободка колпачка 225. Однако следует принимать во внимание, что может использоваться любая другая конфигурация с формами электрических контактов. Электрические контакты 900А, 900В обычно выполнены из металла и могут присоединяться к положительному и отрицательному электрическим выводам перезаряжающей упаковки электронных сигарет, для того чтобы перезаряжать электронные сигареты (как более подробно объясняется в дальнейшем). Наконечник электронной сигареты, в частности, разъём 900, может покрываться удаляемым пользователем защитным ярлыком или аналогичным средством, которое используется на время транспортировки или перед использованием, чтобы защитить батарею 210 от случайной разрядки перед первым использованием потребителем. Это помогает гарантировать, что батарея доставляется потребителю в приемлемом состоянии, а также то, что предотвращается повреждение, которое может быть вызвано нагреванием вследствие непреднамеренного протекания тока из батареи.
Фиг. 6 является схематической диаграммой главных функциональных компонентов корпуса 20 электронной сигареты 10, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Эти компоненты могут устанавливаться на печатной плате, обеспечиваемой внутри корпуса 20, хотя в зависимости от специфической конфигурации, в некоторых вариантах осуществления изобретения один или более компонентов могут быть вместо этого размещены в корпусе, чтобы функционировать во взаимодействии с печатной платой, но в то же время они физически не устанавливаются на самой печатной плате.
Корпус 20 включает в себя модуль 215 датчика, расположенный в (или около) воздушном проходе через корпус 20 от воздушного впускного отверстия к воздушному выпускному отверстию (к испарителю). Модуль 215 датчика включает в себя датчик 562 падения давления и датчик 563 температуры (также расположенные в или около этого воздушного прохода). Корпус дополнительно включает в себя маленький громкоговоритель 558 и электрическое контактное гнездо или соединитель 25В для присоединения к картомайзеру 30 или к зарядному устройству USB. (Корпус также может обеспечиваться разъёмом 900 байонетного типа, таким как описывалось выше в отношении фиг. 5).
Микроконтроллер (например, ASIC) 555 включает в себя центральный процессор CPU 550. Операции CPU 550 и других электронных компонентов, таких как датчик 562 давления, в общем управляются, по крайней мере частично, компьютерными программами, работающими на центральном процессоре (или другом компоненте). Такие компьютерные программы могут сохраняться в энергонезависимой памяти, такой как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), которое может быть встроено в сам микроконтроллер 555, или обеспечивается как отдельный компонент. Центральный процессор может получать доступ к ПЗУ, чтобы загружать и выполнять отдельные компьютерные программы, когда потребуется их выполнение. Микроконтроллер 555 также включает в себя соответствующие интерфейсы для обмена информацией (и управляющее программное обеспечение) для осуществления связи, при необходимости, с другими устройствами в корпусе 10, например, такими как датчик 562 давления.
CPU управляет громкоговорителем 558, чтобы генерировать звуковой выходной сигнал для отображения условий или состояний внутри электронной сигареты, таких как предупреждение о низком заряде батареи. Различные сигналы для сигнализации о различных состояниях или условий могут обеспечиваться посредством использования звуков или звуковых сигналов с различной высотой тона и продолжительностью, и/или посредством обеспечения множества таких звуков или звуковых сигналов. Электронная сигарета также может обеспечиваться светодиодным (LED) индикатором (вместо или совместно с громкоговорителем 558), чтобы обеспечивать визуальный выходной сигнал, такой как предупреждение о низком заряде батареи.
Как отмечалось выше, электронная сигарета 10 обеспечивает воздушный проход от воздушного впускного отверстия через электронную сигарету, через датчик 562 падения давления и нагреватель (в испарителе или картомайзере 30) к мундштуку 35 для курения. Таким образом, когда пользователь производит вдох через мундштук 35 для курения электронной сигареты, центральный процессор CPU 550 обнаруживает такой вдох, основываясь на информации от датчика падения давления. В ответ на такое обнаружение CPU подаёт электропитание от батареи или элемента 210 к нагревателю, который таким образом производит нагревание и испарение никотина из впитывающего фитилька для вдыхания пользователем. Уровень мощности, подаваемой к нагревателю, может контролироваться на основе информации, например, от датчика давления и/или датчика 563 температуры, чтобы помогать регулировать доставку никотина к пользователю, в соответствии с текущим давлением окружающего воздуха и температурой.
Фиг. 7 иллюстрирует упаковку 100 сигарет для приёма и размещения электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Упаковка содержит корпус 120, который обеспечивается навесной крышкой 140, которая может открываться и закрываться. Корпус 120 содержит внешний футляр или кожух 125, который снабжается вставкой 130. Если более точно, то внешний футляр 125 имеет отверстие в верхней части, т.е. конец, на котором располагается крышка, причём вставка 130 устанавливается в (и в общем закрывает) это отверстие. Сама вставка обеспечивается двумя отверстиями или прорезями, которые проходят вниз, в корпус 120 упаковки 100. Первое отверстие 132 содержит по существу круговую прорезь (исходя из формы поперечного сечения). Первое отверстие 132 окружается кольцевым световым элементом 133. Второе отверстие 131 во вставке содержит пару связанных между собой прорезей (только одна из которых хорошо видна на фиг. 7). Отверстия 132 и 131 (и, если более точно, каждая из пары прорезей, сформированных отверстием 131) могут быть использованы для приёма объекта соответствующей формы, такого как электронная сигарета, запасная часть или использованный картридж и т.д. Размеры упаковки 100 в общем скомпонованы таким образом, что электронная сигарета, размещённая внутри отверстий 132 или 131, немного выступает из этого отверстия. Это позволяет пользователю легко разглядеть содержимое упаковки 100 (чему также способствует изготовление прозрачной крышки 140), а также способствует более лёгкому удалению пользователем электронной сигареты, расположенной внутри одного из этих отверстий.
Упаковка 100 дополнительно обеспечивается набором световой сигнализации 128 из светодиодов (LED). Показанные на фиг. 7 с покомпонентным расположением светодиоды отделены от футляра 125, но в собранной упаковке сигарет они встроены в корпус 120, в результате чего они располагаются заподлицо с внешней поверхностью футляра 125. Эти светодиоды световой сигнализации 128 могут использоваться для индикации состояния зарядки упаковки 100, например, является ли она полностью заряженной, частично заряженной или полностью разряженной. Светодиоды световой сигнализации 128 также могут использоваться для индикации состояния зарядки упаковки 100 в текущий момент времени (является ли она заряженной). Такая зарядка может выполняться через (мини или микро) соединение USB, использующее (мини или микро) разъём USB, расположенный на нижней стороне упаковки 100 сигарет (эта сторона не видна на фиг. 7).
Фиг. 8 иллюстрирует главные компоненты, которые размещаются внутри корпуса 120 упаковки 100 сигарет, если более точно, то внутри кожуха 125, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (некоторые второстепенные компоненты, такие как внутренняя электропроводка, не показаны для достижения большей ясности). Корпус включает в себя модуль 150 батареи, содержащий батарею 151, печатную плату (РСВ) 154 и переключатель 152. На фиг. видно, что корпус 120 включает в себя шарнир или ось 134, которая обеспечивает поворачивание крышки 140, в результате чего эта крышка может открываться и закрываться. Модуль 150 батареи, включающий в себя переключатель 152, располагается, по существу, ниже шарнира 134. Переключатель 152 активизируется, когда крышка 140 открывается или закрывается и это включение переключателя, в свою очередь, может запускать включение световой сигнализации из светодиодов и т.д.
Как иллюстрируется на фиг. 8, вставка 130 проходит, по существу, по нижней части внешнего кожуха 125. Вставка определяет, по существу, цилиндрическую трубку 132А, проходящую вниз от отверстия 132 (см. фиг. 7), которое может вмещать и удерживать электронную сигарету. Вставка дополнительно включает в себя две дополнительные, по существу, цилиндрические трубки 131А, 131В, которые накладываются одна на другую и проходят вниз от отверстия 131 (см. фиг. 7) в виде восьмёрки в поперечном сечении. Следует отметить, что нижняя часть трубок 131А и 131В может закрываться самой вставкой 130, или может быть открытой, но примыкать к нижней части внешнего кожуха 125, что будет в этом случае также создавать эффект закрывания нижней части трубок 131А и 131В, чтобы удерживать электронную сигарету (или другой предмет, такой как запасной картридж). Конфигурация нижней части трубки 132А более подробно разъясняется в дальнейшем.
Следует отметить, что батарея 151 является относительно большой, совместимой по размеру, например, с отверстием 132 или взаимодействующей с ним трубкой 132А для вмещения электронной сигареты. Следовательно, батарея 151 упаковки 100 для сигарет обычно будет иметь значительно большую электрическую зарядную ёмкость, чем батарея, обеспечиваемая в электронной сигарете, которая может располагаться внутри упаковки. Это позволяет батарее в электронной сигарете перезаряжаться, как правило несколько раз, используя модуль 150 батареи упаковки 100, без необходимости какого-либо дополнительного внешнего источника энергии (например, посредством присоединения к электрической сети). Это может быть очень удобным для пользователя, который может находиться в местоположении или ситуации, которые не обеспечивают лёгкого присоединения к электрической сети.
Для того чтобы поддерживать эту перезарядку электронной сигареты, сохраняемой в упаковке 100 для сигарет, нижняя часть трубки 132А располагается внутри сборочного узла 700 для присоединения электронной сигареты. Сборочный узел 700 для присоединения электронной сигареты позволяет осуществить электрическое соединение между упаковкой 100 и электрическими контактами 900А, 900В на колпачке 225 электронной сигареты, когда эта электронная сигарета вставляется в трубку 132А, таким образом позволяя батарее электронной сигареты заряжаться с использованием батареи 151 упаковки для сигарет. Это более подробно разъясняется в дальнейшем.
Вставка обеспечивается печатными платами (PCBs) 135 и 160. Плата 160 обеспечивает функциональность главного управления упаковкой для сигарет. Она прикрепляется к трубкам 131А, 131В винтами 136А, 136В, таким образом удерживая плату в соответствующем положении относительно трубок 131А, 131В. Разъём 164 мини-USB (или микро-USB) обеспечивается на нижней части печатной платы 160 и может быть доступен через соответствующее отверстие на нижней стороне кожуха 125 корпуса 120 упаковки. Этот разъём USB может использоваться для присоединения внешнего источника энергии к упаковке 100 для перезарядки батареи 151 (а также любой электронной сигареты, находящейся в трубке 132А). Этот разъём USB также при желании может использоваться для обмена информацией с электроникой упаковки для сигарет и/или электронной сигаретой, например, для обновления программного обеспечения на печатной плате 160, и/или чтобы загрузить эксплуатационные характеристики из электронной сигареты, и т.д. Печатная плата 160 дополнительно обеспечивается набором физических и механических соединителей 161 для удерживания и управления световой сигнализацией 128 из светодиодов. В частности, печатная плата 160 управляет элементом 128 световой сигнализации из светодиодов, чтобы обеспечивать индикацию для пользователя о текущей ситуации по зарядке упаковки 100 для сигарет, плюс предоставлять какую-либо другую полезную информацию.
Печатная плата 135 располагается на наружной стороне перезаряжающей трубки 132А, относительно близко к её верхней части, т.е. ближе к прорези или отверстию 132, вмещающему электронную сигарету для перезарядки. Эта печатная плата 135 включает в себя, по крайней мере, один светоизлучающий диод (LED), который используется для освещения кольцевого светового элемента 133. Печатная плата 135, светодиод и кольцевой световой элемент 133 используются для обеспечения индикации для пользователя относительно текущей ситуации по зарядке электронной сигареты, расположенной внутри трубки 132А упаковки 100 для сигарет, плюс предоставляет какую-либо другую полезную информацию.
Фиг. 9А и 9В показывают (на виде с покомпонентным расположением деталей) сборочный узел 700 соединения электронной сигареты упаковки сигарет более подробно, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Сборочный узел 700 соединения электронной сигареты содержит основание 702, которое располагается на основании упаковки 100, и разъём 703, который имеет два электрических контакта 704А, 704В для создания электрического соединения с электрическими контактами 900А, 900В на колпачке 225 электронной сигареты 10, когда эта электронная сигарета 10 вставляется в трубку 132А. В частности, внешний электрический контакт 704А создаёт электрическое соединение с электрическим контактом 900А на электронной сигарете 10, а внутренний электрический контакт 704В создаёт электрическое соединение с электрическим контактом 900В на электронной сигарете 10. Электрические контакты 704А, 704В присоединяются к печатной плате 160 через провода 708А, 708В, и под управлением печатной платы 160 действуют как положительный и отрицательный электроды для зарядки электронной сигареты 10 с помощью электропитания, поступающего от батареи 151. Электрические контакты 704А, 704В устанавливаются с использованием пружины на основании 702, для того чтобы гарантировать хорошее электрическое соединение с электрическими контактами 900А, 900В на колпачке 225 электронной сигареты 10. Электрические проводники, соединяющие электрические контакты 704А, 704В, и провода 708А, 708В могут проходить вдоль поверхности основания 702, или могут проходить, например, через отверстие в основании 702.
Сборочный узел 700 соединения электронной сигареты дополнительно содержит цилиндрическую трубку 706, которая прикрепляется к основанию 702. Часть цилиндрической трубки 706 выполняется таким образом, чтобы вмещать в себя конечную часть трубки 132А. Внутренний диаметр части цилиндрической трубки 706, который вмещает в себя конечную часть трубки 132А, устанавливается таким образом, что внешняя поверхность конечной части трубки 132А входит в зацепление посредством трения с внутренней поверхностью цилиндрической трубки 706. Внутренняя поверхность цилиндрической трубки 706 дополнительно содержит ребро 714, которое примыкает к концу трубки 132А и гарантирует, что только конечная часть трубки 132А, имеющая заданную длину, может входить в цилиндрическую трубку 706. Цилиндрическая трубка 706 дополнительно содержит канавку 710 на внешней поверхности, которая входит в контакт с ребром 712 на печатной плате 160.
Когда вставка 130 и сборочный узел 700 соединения электронной сигареты вставляются во внешний футляр 125, основание 702 примыкает к нижней внутренней поверхности внешнего футляра 125. Вставка 130 и сборочный узел 700 соединения электронной сигареты удерживаются на месте внутри внешнего футляра 125 (а также по отношению друг к другу).
Следует принимать во внимание, что конфигурация и компоновка упаковки и вставки, показанные на фиг. 7, 8 и 9, обеспечиваются в качестве примера, и специалисты в данной области техники будут осознавать возможность множества потенциальных изменений, например, количество, положение, размер, и/или форма отверстий 131, 132 могут изменяться от одного варианта осуществления изобретения к другому, также как и взаимодействующие с ними трубки 131В, 132А. Аналогичным образом, характерные особенности позиционирования, формы и размера модуля 150 батареи печатной платы 160 и других компонентов в общем будут изменяться от одного варианта осуществления изобретения к другому, в зависимости от конкретных обстоятельств и требований какого-либо заданного варианта применения. Также следует отметить, что форма и позиционирование электрических контактов 704А, 704В будут адаптироваться, в соответствии с различными формами и позиционными конфигурациями электрических контактов 900А, 900В на электронной сигарете 10.
Фиг. 10 и 11 схематически показывают некоторые компоненты, соответственно, электронной сигареты 10 и упаковки 100, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Эти компоненты помогают улучшать безопасность и надёжность различных механизмов зарядки, обеспечиваемых для электронной сигареты 10 и упаковки 100 для сигарет.
Фиг. 10 схематически изображает некоторые электрические компоненты электронной сигареты 10. В дополнение к разъёму 900, батарее 210 и соединителю 25В, которые уже обсуждались в отношении фиг. 5 и 6, фиг. 10 также показывает печатную плату 1002 наконечника для зарядки, температурный датчик 1006 и печатную плату 1000 защиты от перегрузки по току. Следует отметить, что с целью обеспечения ясности изложения, не все электрические компоненты электронной сигареты 10 включены в состав фиг. 10, например, некоторые компоненты, уже показанные на фиг. 6, были пропущены.
Печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току отслеживает ток, протекающий через соединитель 25В во время функционирования электронной сигареты 10. Как говорилось ранее, во время использования электронной сигареты 10 центральный процессор 550 обнаруживает, когда пользователь втягивает воздух через электронную сигарету, используя информацию от модуля 215 датчика, и вызывает протекание тока к нагревателю 365 в картомайзере 30 через соединитель 25В. Если в нагревателе происходит, например, короткое замыкание, возникает внезапное увеличение тока, протекающего через нагреватель 365 и соединитель 25В. Короткое замыкание может произойти по таким причинам, как электрическая неисправность в нагревателе, или из-за того, что произошло вмешательство в нагревающую цепь, избыточная влажность образовала контакт с нагревателем и т.д. Короткое замыкание нагревателя может создать риск повреждения в отношении устройства электронной сигареты, или, что ещё хуже, может нанести вред пользователю.
Соответственно, печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току после обнаружения тока, протекающего через соединитель 25В, который считается слишком высоким (т.е. выше определённого заданного порогового значения), вызывает прекращение подачи тока от батареи 210 к соединителю 25В. Это уменьшает вероятность повреждения электронной сигареты и нанесения вреда пользователю вследствие такого короткого замыкания.
Заданное пороговое значение для тока устанавливается таким образом, что опасно высокие токи, показывающие наличие короткого замыкания, отключаются, но нормальные, неопасные изменения тока не отключаются (таким образом предотвращая ненужные неудобства для пользователя). Например, пороговое значение для подачи тока от батареи 210 к нагревателю 365 может быть установлено где-то в диапазоне 40-250 миллиампер, или более точно, в диапазоне 60-120 миллиампер, таким образом, любой ток, превышающий это пороговое значение, запускает отключение тока.
Печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току также может отключаться, если напряжение батареи 210 слишком низкое, например, ниже значения приблизительно 3,1 или 3,2В. Это в общем показывает, что батарея находится в состоянии низкой зарядки, и это может потенциально помешать выполнению правильного (или удовлетворительного) функционирования катушки нагревателя.
Печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току также может отслеживать ток, протекающий через соединитель 25В, во время перезарядки электронной сигареты 10 через USB разъём 25В. Например, ожидаемое напряжение, прикладываемое зарядным устройством USB к разъёму 25В, может составлять 5В, поэтому отключаемое перенапряжение может быть установлено, в качестве иллюстрации, на 6В. Поэтому печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току обеспечивает защиту для электронной сигареты 10 как во время перезарядки (против избыточного напряжения перезарядки), так и во время нормальной работы (против избыточного потребляемого тока).
Печатная плата 1002 наконечника для зарядки действует как контроллер для отслеживания и управления электропитанием, протекающим от упаковки 100 к батарее 210 электронной сигареты во время перезарядки. Например, печатная плата 1002 наконечника для зарядки может отключать электропитание, протекающее от упаковки 100 к батарее 210 электронной сигареты, если напряжение и/или ток, принимаемый через разъём 900, является слишком высоким, например, превышает заданное пороговое значение для напряжения или тока. Пороговые значения могут устанавливаться таким образом, чтобы допускать полный диапазон нормальных рабочих условий, но инициировать (отключение) перед достижением уровня, который может начать вызывать повреждение электронной сигареты 10.
Печатная плата 1002 наконечника для зарядки присоединяется к температурному датчику 1006. Температурный датчик 1006 находится в термическом контакте с батареей 210, чтобы быть восприимчивым к температуре батареи 210. (Таким образом, температурный датчик 1006 обычно является дополнительным устройством к датчику 563 температуры, показанному на фиг. 6, поскольку первый из датчиков позиционируется для измерения температуры батареи 210, в то время как последний из датчиков позиционируется для измерения температуры воздушного потока в электронной сигарете).
Когда батарея 210 перезаряжается с использованием разъёма 900 (т.е., когда электронная сигарета вставляется в трубку 132А упаковки 100, в результате чего разъём 900 создаёт электрический контакт с разъёмом 703 упаковки сигарет), батарея обычно будет нагреваться. Однако если батарея становится слишком горячей (возможно, вследствие неисправности в батарее или вследствие очень тёплой температуры окружающей среды), это может вызвать повреждение электронной сигареты 10, упаковки 100 для сигарет, или, что ещё хуже, может нанести вред пользователю. Кроме того, если батарея является очень холодной (возможно, вследствие того, что температура окружающей среды является очень холодной), то в этом случае попытки зарядить батарею 210 могут вызвать её повреждение. Таким образом, печатная плата 1002 наконечника для зарядки отслеживает температуру батареи 210, используя информацию, генерируемую температурным датчиком 1006. Если температура становится слишком высокой (т.е. превышает заданное пороговое значение), или слишком низкой (т.е. находится ниже заданного порогового значения), то печатная плата 1002 наконечника для зарядки отключает подачу тока к батарее 210 от разъёма 900. Это уменьшает вероятность повреждения электронной сигареты 10, или упаковки 100 для сигарет, или нанесения вреда пользователю вследствие перегрева батареи 210, а также уменьшает вероятность повреждения батареи 210 при заряжании её в слишком холодных окружающих условиях.
Заданное верхнее пороговое значение по температуре устанавливается таким образом, что высокие температуры, показывающие потенциальное перегревание батареи, приводят к отключению тока, подаваемого к батарее 210, в то время как более низкие увеличения температуры не приводят к отключению тока, подаваемого к батарее 210. Аналогичным образом, заданное нижнее пороговое значение по температуре устанавливается таким образом, что низкие температуры, которые могут повредить батарею 210, приводят к отключению тока, подаваемого к батарее 210, в то время как более незначительные уменьшения температуры батареи не приводят к отключению тока, подаваемого к батарее 210. Примерами верхнего и нижнего пороговых значений по температуре, соответственно, являются диапазоны приблизительно 60°С - 0°С, или 45°С - 10°С.
Печатная плата 1002 наконечника для зарядки также гарантирует, что ток отключается только в том случае, если он подаётся к батарее 210 в течение заданного периода времени. Это гарантирует, что батарея 210 не будет подвергаться перегреву, когда батарея 210 непрерывно заряжается, даже несмотря на достижение полной ёмкости (что может повредить батарею 210). Заданный период времени устанавливается таким образом, что батарея может заряжаться до полной ёмкости (максимизируя период времени, в течение которого пользователь может использовать электронную сигарету без необходимости её перезарядки), но в то же время также предотвращается чрезмерная зарядка батареи 210. Например, заданный период времени может устанавливаться приблизительно в диапазоне 1-4 часа, например, между 1 и 2 часами.
Поэтому, в общем, печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току и/или печатная плата 1002 наконечника для зарядки обеспечивают защиту на основе параметров или размеров, установленных ниже.
*время – существует пороговое значение для максимальной продолжительности перезарядки.
*температура - существуют верхнее и нижнее пороговые значения, соответственно, для максимальной и минимальной температуры батареи. Эти пороговые значения применяются, в частности, когда батарея 210 подвергается перезарядке, но также может применяться во время нормальной работы устройства, т.е. когда пользователь производит вдох через электронную сигарету 10, чтобы активизировать нагреватель 365 и создавать выход паров.
*напряжение - существует пороговое значение для максимального напряжения, прикладываемого во время перезарядки.
*ток - существует пороговое значение для максимального тока, протекающего во время перезарядки и/или для максимального тока, протекающего от корпуса 20 к картомайзеру 30 во время нормальной работы электронной сигареты.
В том случае, когда какое-либо из приведённых выше пороговых значений превышается, операция перезарядки (или при необходимости рабочая операция устройства) может завершаться с помощью активизации подходящего типа отключения. Следует принимать во внимание, что защита для каждого из приведённых выше четырёх параметров или размеров, в общем, может быть при необходимости применима в печатной плате 1000 защиты от перегрузки по току и/или печатной плате 1002 наконечника для зарядки, причём первый из двух вариантов относится к перезарядке или нормальной работе через соединитель 25В, в то время как второй относится к перезарядке через разъём 900.
Следует отметить, что существует определённое пересечение или избыточность между различными степенями защиты. Например, отключение подачи тока к батарее 210 после истечения заданного периода времени будет в общем помогать уменьшению вероятности того, что батарея 210 становится слишком горячей во время перезарядки. Однако, это пересечение создаёт более надёжную защиту, поскольку в том случае, если по каким-либо причинам функция отслеживания температуры не работает правильным образом, тогда вследствие того, что ток подаётся к батарее 210 только в течение заданного периода времени (вместо того, чтобы подаваться неограниченно), всё ещё может предотвращаться перегрев батареи.
Функциональность, показанная на фиг. 10, может применяться с использованием отдельных компонентов. Например, печатная плата 1002 наконечника для зарядки может использоваться как отдельный компонент, например, такой как BQ24040 PCB компании Texas Instruments (это может помогать поддерживать применение готовых к немедленному использованию компонентов). Альтернативно, одна или обе платы, т.е. печатная плата 1002 наконечника для зарядки и печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току могут интегрироваться как часть микроконтроллера 555 (см. фиг. 6). Дополнительная возможность состоит в том, что печатная плата 1002 наконечника для зарядки и печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току интегрируются вместе в едином устройстве, которое является отдельным устройством, не являющимся частью микроконтроллера 555.
Как описывалось выше, электронная сигарета обеспечивается двумя контактами, которые могут использоваться для перезарядки, а именно – разъём 900 (для зарядки через упаковку 100), а также соединитель 25В, который может использоваться для зарядки через разъём (микро) USB, когда электронная сигарета находится в разобранном состоянии (корпус 20 и картомайзер 30 разъединены). Соединитель 25В также может использоваться для подачи электропитания от корпуса к картомайзеру, когда электронная сигарета находится в собранном состоянии. Печатная плата 1002 наконечника для зарядки обеспечивает защиту и управление в отношении зарядки электронной сигареты через разъём 900. Печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току обеспечивает защиту и управление в отношении подачи электропитания от корпуса к картомайзеру.
Печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току также может обеспечивать защиту и управление в отношении зарядки электронной сигареты от внешнего источника электропитания через соединитель 25В, аналогично защите, обеспечиваемой с помощью печатной платы 1002 наконечника для зарядки, когда производится перезарядка через разъём 900. Например, эти защита и управление могут включать в себя отслеживание тока и/или напряжения, поступающего от соединителя 25В и отключение подачи электропитания к батарее, если ток или напряжение превышают соответствующее предельное значение. Кроме того, печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току может отключать подачу электропитания, если продолжительность (время) зарядки превышает определённый уровень порогового значения, или если температура электронной сигареты слишком высокая или слишком низкая. Следует отметить, что печатная плата 1000 защиты от перегрузки по току может иметь доступ к датчику 1006 температуры, чтобы этот датчик производил определение*, или может обеспечиваться своим собственным дополнительным датчиком температуры (не показан на фиг. 10).
Фиг. 11 схематически показывает некоторые электрические компоненты перезаряжаемой упаковки 100 для сигарет, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. В дополнение к разъёму 164, батарее 151 и разъёму 703, как уже обсуждалось в отношении фиг. 8 и 9, фиг. 11 также показывает модуль 1100 отключения при перегрузке по току, модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению, блок 1104 многопозиционного управления (MCU), регулятор 1106 печатной платы, температурный датчик 1108 и модуль 1110 схемы защиты (РСМ). Аналогично фиг. 10, определённые компоненты упаковки 100 для сигарет были пропущены на фиг. 11 для достижения большей ясности.
Упаковка 100 поддерживает три главных операции (режима) при зарядке. (1) Когда разъём 164 электрически присоединяется к источнику энергии (такому как зарядное устройство USB), электричество протекает от источника энергии через разъём 164 к батарее 151. Это позволяет батарее 151 заряжаться. (2) Когда разъём 164 электрически присоединяется к источнику энергии (такому как зарядное устройство USB), электричество также протекает от источника энергии через разъёмы 164 и 703 к электронной сигарете 10 (если она представлена). Это позволяет батарее 210 электронной сигареты 10 заряжаться (одновременно с батарей 151 упаковки для сигарет). (3) Когда разъём 900 электронной сигареты 10 электрически присоединяется к разъёму 703, но не существует внешнего источника электропитания для упаковки на разъёме 164, электричество протекает от батареи 151 к электронной сигарете 10 через разъём 703. Это позволяет батарее 210 электронной сигареты 10 заряжаться. Это протекающее электричество в общем может контролироваться с помощью одного или более модуля 1100 отключения при перегрузке по току, модуля 1102 отключения при перегрузке по напряжению, регулятора 1106 печатной платы, модуля 1110 схемы защиты (РСМ) и блока 1104 многопозиционного управления (MCU). Управление зарядкой батареи и перетоками мощности при зарядке электронной сигареты сейчас будет разъясняться более подробно.
Регулирующий блок 1106 печатной платы является управляющим контроллером мощности для зарядки батареи 151, он регулирует ток и напряжение, подаваемые к батарее 151 во время зарядки. В некоторых вариантах осуществления изобретения регулирование с помощью блока 1106 применяется с использованием устройства MicrOne ME4057; однако другие варианты применения могут использовать другие устройства (или могут объединять функциональность регулирующего блока 1106 в других компонентах).
Ток и напряжение регулируются блоком 1106 таким образом, что они остаются по существу постоянными с заданными значениями, которые выбираются таким образом, чтобы обеспечивать достаточную по времени и безопасную зарядку батареи 151, а также помогать увеличивать, или, по крайней мере, поддерживать долговременную продолжительность срока службы батареи (долговременная продолжительность срока службы относится к общему количеству возможных циклов зарядок и перезарядок перезаряжаемой батареи, перед тем, как она начинает постоянно терять свою ёмкость).
Когда батарея 151 является ионно-литиевой батареей (Li-ion), заданные значения тока и напряжения могут, соответственно, составлять приблизительно 400-500 мА и приблизительно 4,2В во время зарядки. Заданные значения также могут изменяться в процессе зарядки одной батареи. Например, когда батарея 151 заряжается первый раз, заданное значение тока может быть ниже. Затем, в последующее время, когда батарея сохранила определённое количество заряда, заданное значение тока может увеличиваться до значений приблизительно 400-500 мА, как приводилось выше. Это предотвращает воздействие на батарею относительно большого тока, когда она полностью разряжена (или её состояние является близким к полной разрядке), что может в противном случае привести к повреждению батареи и может уменьшать её долговременную продолжительность срока службы. Другие варианты применения могут иметь другие максимальные значения при подаче тока или напряжения, например, приблизительно 250-600 мА и приблизительно в диапазоне 3-6 В (соответственно).
Регулирующий блок 1106 печатной платы также присоединяется к датчику 1108 температуры. Датчик 1108 температуры находится в термическом контакте с батареей 151, для того чтобы быть восприимчивым в отношении температуры батареи 151. Когда батарея заряжается с использованием электропитания, подаваемого через разъём 164, батарея обычно будет нагреваться. Однако, если батарея становится слишком горячей (возможно вследствие неисправности батареи или вследствие того, что температура окружающей среды слишком высокая), это может вызвать повреждение батареи 151 или упаковки 100, или ещё хуже, может нанести вред пользователю. Кроме того, если батарея слишком холодная (возможно вследствие того, что температура окружающей среды слишком низкая), тогда попытка зарядить батарею 151 также может вызвать повреждение батареи 151. Таким образом, регулирующий блок 1106 печатной платы отслеживает температуру батареи 151, используя информацию, обеспечиваемую датчиком 1108 температуры. Если температура становится слишком высокой (т.е. выше определённого заданного верхнего порогового значения), или слишком низкой (т.е. ниже определённого заданного нижнего порогового значения), тогда регулирующий блок 1106 печатной платы отключает подачу электропитания к батарее 210. Это уменьшает вероятность повреждения батареи 151 или упаковки 100, а также нанесение вреда пользователю вследствие перегрева батареи 151, и уменьшает вероятность повреждения батареи 151 посредством её зарядки, когда она слишком холодная.
Заданное верхнее пороговое значение устанавливается таким образом, что высокие температуры, показывающие перегрев батареи, приводят к отключению подачи тока к батарее 151, но нормальные (обычные) увеличения температуры батареи, которые не несут в себе риска повреждения, не приводят к отключению подачи тока к батарее 151. Аналогичным образом, заданное нижнее пороговое значение устанавливается таким образом, что при низких температурах, которые могут привести к повреждению батареи 151, ток, подаваемый к батарее 151, отключается. Однако, падение температуры батареи, которое остаётся в определённых пределах нормальной работы батареи, не приводит к отключению подачи тока к батарее 151. Примерами верхнего и нижнего пороговых значений температуры, соответственно, являются значения около 45°С и около -5°С. Однако для некоторых батарей верхнее пороговое значение температуры может принимать значение вплоть до около 60°С, а нижнее пороговое значение температуры может принимать значение вплоть до около -20°С. Как правило, верхнее пороговое значение температуры находится в диапазоне 45-60°С, в то время как нижнее пороговое значение находится в диапазоне от 0 до -20°С.
В некоторых вариантах применения упаковка 100 может обеспечиваться датчиком температуры, который измеряет окружающую температуру внутри упаковки для сигарет (обычно поблизости от местоположения какой-либо перезарядки электронной сигареты внутри упаковки). И в этом случае этот датчик также может запустить отключение электропитания, если обнаруживается подъём температуры выше определённого порогового значения, например, такого как 50°С. Следует отметить, что такой датчик температуры может обеспечиваться в дополнение к или вместо датчика 1108 температуры, такого, как показанный на фиг. 11 (который предназначается для измерения в первую очередь температуры батареи 151).
В дополнение к контролю тока и напряжения, используемого с помощью регулирующего блока 1106 печатной платы, упаковка 100 обеспечивается дополнительной защитой против чрезмерных напряжений или токов, которые являются слишком высокими и которые по этой причине могут вызывать повреждение батареи 151 или других компонентов упаковки для сигарет (или нанести вред пользователю). Например, упаковка 100 также включает в себя модуль 1100 отключения при перегрузке по току и модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению.
Модуль 1100 отключения при перегрузке по току отключает электропитание, подаваемое от разъёма 164 к другим компонентам упаковки 100 (включая регулирующую печатную плату 1106), когда он обнаруживает, что ток превышает заданное пороговое значение. Даже несмотря на то, что ток, подаваемый к батарее 151, регулируется с помощью регулирующей печатной платы 1106 (как уже описывалось ранее), модуль 1100 отключения при перегрузке по току обеспечивает дополнительный уровень защиты батареи 151 и других компонентов упаковки 100. Например, модуль 1100 отключения при перегрузке по току помогает уменьшить риск повреждения компонентов упаковки в том случае, когда слишком большой ток поступает через разъём 164 (это может случиться, например, если будет использоваться неподходящее зарядное устройство, которое подаёт слишком большой ток, подключённое к разъёму 164, или в том случае, если на одном из компонентов упаковки произойдёт короткое замыкание).
Модуль 1100 отключения при перегрузке по току может применяться, например, с использованием термического самовосстанавливающегося предохранителя, который отключается посредством вхождения в состояние высокого полного сопротивления, когда ток превышает заданное пороговое значение. В последующий момент времени, когда температура снизится, термический самовосстанавливающийся предохранитель снова входит в состояние низкого полного сопротивления, таким образом позволяя току протекать снова (в результате чего использование упаковки 100 для сигарет может возобновиться). Заданное пороговое значение по току устанавливается таким образом, что сильный ток, который может вызвать повреждение, отключается, но при этом изменения тока в пределах нормальных и допустимых рабочих параметров не вызывают отключение. Например, заданное пороговое значение по току может быть установлено приблизительно на 1 ампер.
Модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению отключает электропитание, подаваемое от разъёма 164 к другим компонентам упаковки 100 (включая регулирующую печатную плату 1106), когда он обнаруживает, что подаваемое напряжение превышает заданное пороговое значение. Даже несмотря на то, что напряжение, подаваемое к батарее 151, регулируется с помощью регулирующей печатной платы 1106 (как уже описывалось ранее), модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению* обеспечивает дополнительный уровень защиты батареи 151 и других компонентов упаковки 100, таким образом уменьшая риск повреждения компонентов упаковки (или потенциального нанесения вреда пользователю), в том случае, когда слишком высокое напряжение подаётся через разъём 164. Подача такого высокого напряжения может произойти, например, в том случае, если будет использоваться подключённое к разъёму 164 неподходящее зарядное устройство, которое подаёт слишком высокое напряжение. Заданное пороговое значение по напряжению устанавливается таким образом, что опасно высокое напряжение отключается (т.е. напряжение, которое может вызвать повреждение устройства или может вызвать нанесение вреда пользователю), но при этом изменения напряжения в пределах нормального (неопасного) рабочего диапазона не вызывают отключение. Например, заданное пороговое значение по напряжению может быть установлено приблизительно на 6В, таким образом гарантируя, что зарядное устройство USB с напряжением 5В не будет активизировать модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению, однако более высокие напряжения будут активизировать модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению.
Модуль 1110 схемы защиты (РСМ), который устанавливается между регулирующей печатной платой и батареей 151, отслеживает ток и напряжение между батареей 151 и другими компонентами упаковки для сигарет (включая регулирующую печатную плату 1106) и расцепляет электрическое соединение между батареей 151 и другими компонентами упаковки в том случае, если ток или напряжение выходят за пределы заданного диапазона для тока или напряжения (соответственно). Это отслеживание выполняется как для зарядки батареи 151(от внешнего источника электропитания через разъём 164), так и для разрядки батареи 151 (чтобы подавать электропитание к батарее 210 в электронной сигарете 10 через разъём 703, также, как и к другим компонентам упаковки, таким как световая сигнализация 128). В частности, во время зарядки или разрядки батареи 151, если какой-либо из двух параметров, т.е. ток или напряжение, превышает (соответственно) заданное пороговое значение, тогда электрическое соединение между батареей 151 и другими компонентами упаковки расцепляется (отключается), т.е. поток электричества между батареей 151 и другими компонентами упаковки предотвращается или, по крайней мере, значительно затрудняется. Это помогает уменьшать риск слишком большого тока или напряжения, подаваемого к батарее 151 или от неё, и связанных с этим проблем (таких как повреждение батареи 151 и/или других компонентов, нанесение вреда пользователю, и т.д.). Пороговое значение при перегрузке по напряжению может устанавливаться, например, приблизительно на 4,3В, в то время как пороговое значение при перегрузке по току может устанавливаться, например, в диапазоне 1,5-2,5 ампер, например, приблизительно 1,8А.
Кроме того, во время разрядки батареи 151, например, чтобы перезаряжать батарею 210 в электронной сигарете 10, если напряжение от батареи 151 падает ниже заданного порогового значения, то в этом случае электрическое соединение между батареей 151 и другими компонентами упаковки, такими как разъём 703, отключается. Это помогает предотвращать повреждение батареи 151, которое может в противном случае произойти вследствие продолжающегося расходования тока из батареи, когда она имеет низкую остаточную ёмкость и низкое выходное напряжение (это может произойти с определёнными перезаряжаемыми батареями, такими как ионно-литиевые батареи).
Модуль 1110 схемы защиты (РСМ) может содержать отдельную печатную плату или может (например) интегрироваться как часть батареи 151. Вследствие положения модуля 1110 схемы защиты внутри электрической цепи (т.е. между батареей 151 и другими компонентами упаковки), модуль 1110 схемы защиты способен обнаруживать отклонения напряжения/тока, которые не могут обнаруживаться другими компонентами упаковки для регулирования напряжения/тока (такими как регулирующий блок 1106 печатной платы, модуль 1100 отключения при перегрузке по току, модуль 1102 отключения при перегрузке по напряжению). Таким образом, модуль 1110 схемы защиты добавляет дополнительный уровень защиты против риска повреждения батареи 151 или каких-либо других компонентов (или электронной сигареты 10), а также против потенциального нанесения вреда пользователю, вызванного неправильными значениями напряжения или тока.
Модуль 1110 схемы защиты (РСМ) может содержать любую стандартную печатную плату, подходящую для обнаружения того, находится ли прикладываемое напряжение и/или ток в определённых заданных пределах. Кроме того, РСМ 1110 может содержать полевой транзистор (MOSFET) со структурой металл-оксид-полупроводник для обнаружения момента, когда ток превышает заданное пороговое значение для тока.
Блок 1104 многопозиционного управления (MCU) гарантирует, что ток поступает к батарее 151 только во время зарядки в течение заданного периода времени перед тем, как он отключается. Это помогает гарантировать, что батарея 151 не подвергается чрезмерной зарядке, во время которой батарея 151 непрерывно заряжается, даже несмотря на то, что она зарядилась до полной ёмкости (это может повредить батарею 151). Заданный период времени устанавливается таким образом, чтобы позволять батарее заряжаться до её полной ёмкости (таким образом, максимизируя продолжительность по времени между зарядками, во время которых пользователь может использовать упаковку 100 для сигарет, например, для перезарядки электронной сигареты 10), но также для того, чтобы предотвращать чрезмерную зарядку батареи 151. Например, заданный период времени может приблизительно устанавливаться в диапазоне 2-8 часов, например, между 4 и 6 часами.
Отключение подачи тока к батарее 151 после истечения заданного периода времени также может помогать в уменьшении вероятности того, что батарея 151 становится слишком горячей или слишком холодной. Хотя это управляется с помощью функции отслеживания температуры регулирующего блока 1106 печатной платы (как уже описывалось), если по какой-либо причине функция отслеживания температуры не работает надлежащим образом, то в этом случае, вследствие того, что ток подаётся к батарее 151 только в течение заданного периода времени (вместо того, чтобы подаваться неограниченно), обсуждаемые выше проблемы, связанные с непрерывной подачей тока к батарее 151, когда она является слишком горячей, могут, по крайней мере, смягчаться.
Блок 1104 многопозиционного управления (MCU) также гарантирует, что ток подаётся только от батареи 151 во время зарядки электронной сигареты 10 через разъём 703 в течение заданного периода времени перед тем, как он отключается. Это обеспечивает дополнительный уровень защиты, чтобы помочь предотвращать чрезмерную зарядку батареи 210 электронной сигареты 10 (в добавление к контролируемой по времени функции отключения при перегрузке по току печатной платы 1002 наконечника для зарядки самой электронной сигареты 10, как описывалось выше). Например, заданный период времени может приблизительно устанавливаться в диапазоне 2-6 часов, например, между 3 и 5 часами. Следует отметить, что это отключение применяется независимо от того, подаётся ли ток к электронной сигарете 10 через внешний источник электропитания и разъём 164 или от батареи 151 упаковки для сигарет.
Чрезмерной зарядки батареи 210 электронной сигареты 10 в первую очередь можно избежать с помощью заданного времени зарядки электронной сигареты платы 1002 наконечника для зарядки, причём заданное время зарядки электронной сигареты блока 1104 многопозиционного управления (MCU) в этом случае будет установлено на то же самое или немного большее значение, чтобы действовать как резервная копия в том случае, если таймер блока 1104 MCU станет неисправным и не сможет отключить ток в соответствующее время. Таким образом, чрезмерная зарядка электронной сигареты 10 может быть предотвращена, даже в том случае, если функция таймера электронной сигареты 10 будет несправна.
Поэтому, в общем, упаковка 100, показанная на фиг. 11, может использовать большое количество защитных свойств, таких как: защита против высокого напряжения, и/или большого тока, принимаемого из разъёма 164, и/или подаваемого от разъёма 164 электропитания в течение слишком длительного периода времени; защита против упаковки 100 для сигарет и/или батареи 151, имеющих слишком высокую (или слишком низкую) температуру (эта защита является обоснованной для всех трёх определяемых выше режимов зарядки); защита против высокого напряжения и/или большого тока, подаваемых к электронной сигарете 10 через разъём 703, и/или защита от электропитания, подаваемого к электронной сигарете 10 через разъём 703 слишком долго (эта защита по току/ напряжению и защита в отношении распределения по времени могут применяться вне зависимости от того, перезаряжается ли электронная сигарета с помощью внешнего источника питания, или с помощью батареи 151 упаковки). Кроме того, отключения также могут производиться с помощью регулирующего блока 1106 печатной платы, если напряжение батареи 151 упаковки превышает заданный уровень, в то время как батарея упаковки находится на перезарядке (как правило, приблизительно в диапазоне 4,2 – 4,5В), или если напряжение батареи 151 падает ниже заданного уровня, в то время как батарея упаковки разряжается (посредством электронной сигареты или других компонентов упаковки). Это нижнее напряжение может быть установлено, например, в диапазоне 2-3В, например, приблизительно составляет 2,5В.
Один или более компонентов, показанных на фиг. 11, таких как регулирующий блок 1106 печатной платы, модуль 1110 схемы защиты, блок 1104 многопозиционного управления (MCU), могут интегрироваться как часть печатных плат 160, 135 или 154, показанных на фиг. 8. Альтернативно, один или более из этих компонентов могут быть отдельными компонентами. Кроме того, функциональность между различными компонентами может распределяться по-разному. Аналогичным образом, существуют многочисленные потенциальные изменения для разъёма 703 упаковки 100 для сигарет и разъёма 900 электронной сигареты 10. Например, разъёмы 703, 900 могут изменяться по положению, размеру, форме и т.д., до тех пор, пока разъёмы 703, 900 могут обеспечивать электрическое соединение друг с другом, чтобы позволять току протекать от батареи 151 упаковки 100 к батарее 210 электронной сигареты.
В свете упоминавшихся выше вариантов осуществления изобретения, можно увидеть, что все различные компоненты безопасности электронной сигареты 10 (как описывалось со ссылками на фиг. 10) и упаковки 100 (как описывалось со ссылками на фиг. 11) вносят свой вклад в отношении общего улучшенного управления напряжением, током и температурой в электронной сигарете 10 и упаковке 100 для сигарет во время зарядки электронной сигареты 10 и упаковки 100. Это приводит в результате к получению перезаряжаемой электронной сигареты и упаковки для сигарет, которые работают надёжно и безопасно.
Однако, также следует принимать во внимание, что даже в том случае, если используются только некоторые (вместо всех) из упоминавшихся выше компонентов безопасности электронной сигареты 10, и/или упаковки 100, можно всё ещё воспользоваться улучшенной надёжностью и безопасностью перезаряжаемой электронной сигареты и/или упаковки для сигарет.
Кроме того, описанный здесь подход может распространяться на область электронных систем для обеспечения испарения, таких как устройства (heat-not-burn) с использованием нагревания вместо горения (которые могут включать в себя некоторые растительные материалы или экстракт, например, табачный лист, который затем нагревается, или для него обеспечивается пар, чтобы производить желаемые пары). Один из примеров такой альтернативной формы электронной системы для обеспечения испарения описывается в документе US 2011/0226236, который раскрывает ингалятор, содержащий испаритель, основанный на комбинированной плоской структуре, которая включает в себя как нагревающий механизм, так и механизм для впитывания.
Описываемый здесь подход обеспечивает защиту против неправильного функционирования с помощью:
а) отслеживания и регулирования в целом множества параметров или измерений, в частности, с использованием времени, температуры, напряжения и тока. Выполнение этих различных измерений не только может помогать обнаруживать различные условия для неисправности, но они также помогают обеспечивать избыточную (с резервированием) защиту против определённых условий для неисправности, если одна из отслеживающих или регулирующих систем сама будет неисправной;
b) отслеживания и регулирования в различных местоположениях внутри как электронной сигареты 10, так и упаковки 100. Отслеживание и регулирование во множестве местоположений внутри одного устройства (т.е. внутри упаковки или электронной сигареты), потенциально для того же самого параметра (тока, напряжения и т.д.) снова может помогать обнаруживать различные условия для неисправности, а также помогают обеспечивать избыточную (с резервированием) защиту против определённых условий для неисправности, если одна из отслеживающих или регулирующих систем сама будет неисправной. Кроме того, обеспечение соответствующей функциональности отслеживания и регулирования, как в самой электронной сигарете, так и в заряжающей упаковке, дополнительно помогает обеспечивать некоторую защиту, если пользователь пытается использовать другую заряжающую упаковку (т.е. упаковку, без описанных выше компонентов безопасности) для перезарядки электронной сигареты, или пользователь пытается использовать заряжающую упаковку для перезарядки другой электронной сигареты (т.е. сигарету, без описанных выше компонентов безопасности).
И в заключение, это раскрытие изобретения показывает в качестве иллюстрации различные варианты осуществления изобретения, в которых заявленное изобретение(я) может применяться на практике. Преимущества и признаки раскрываемого изобретения являются только представительной выборкой вариантов осуществления изобретения, и не являются исчерпывающими и/или исключающими. Они представляют только содействие в понимании и изучении заявленного изобретения(ий). Должно быть понятно, что преимущества, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, признаки, структуры, и/или другие аспекты раскрываемого изобретения не должны рассматриваться как ограничения для изобретения, которое определяется формулой изобретения, или как ограничения для эквивалентов пунктов формулы изобретения; также следует принимать во внимание, что могут использоваться другие варианты осуществления изобретения и могут производиться модификации без выхода за пределы объёма формулы изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут, соответственно, содержать, состоять из, или по существу состоять из различных комбинаций раскрываемых элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств, и т.д., которые отличаются от тех, которые были, в частности, описаны здесь. Раскрываемое изобретение может включать в себя одно или более других изобретений, не заявленных в настоящее время, но которые могут быть заявлены в будущем.