感應加熱裝置、包括感應加熱裝置的氣溶膠生成系統及其操作方法與流程

文檔序號:19792821發布日期:2020-01-24 14:40
感應加熱裝置、包括感應加熱裝置的氣溶膠生成系統及其操作方法與流程

本發明涉及用于加熱氣溶膠形成基材的感應加熱裝置。本發明還涉及包括這種感應加熱裝置的氣溶膠生成系統。本發明還涉及操作這種氣溶膠生成系統的方法。



背景技術:

包括具有氣溶膠形成基材的氣溶膠生成制品的電操作氣溶膠生成系統以及被配置成加熱氣溶膠形成基材的電操作熱源是此項技術中已知的。此類系統通常通過以下方式生成氣溶膠:將熱量從熱源傳遞到氣溶膠形成基材,這從氣溶膠形成基材釋放揮發性化合物,揮發性化合物變為夾帶在被抽吸通過氣溶膠生成制品的空氣中,冷卻且冷凝以形成可以由使用者吸入的氣溶膠。

一些電操作氣溶膠生成系統包括感應加熱裝置或具有感應源的電操作氣溶膠生成裝置。感應加熱裝置通常包括被配置成耦合到感受器的感應源。感應源生成交變電磁場,交變電磁場在感受器中感應渦電流。感應的渦電流通過歐姆或電阻性加熱而加熱感受器。感受器由于滯后損耗而進一步受熱。

包括感應加熱裝置的電操作氣溶膠生成系統通常還包括具有氣溶膠形成基材的氣溶膠生成制品以及熱鄰近于氣溶膠形成基材的感受器。在這些系統中,感應源生成交變電磁場,交變電磁場在感受器中感應渦電流。感應的渦電流加熱感受器,感受器又加熱氣溶膠形成基材。通常,感受器與氣溶膠形成基材直接接觸,且熱量主要通過傳導從感受器傳遞到氣溶膠形成基材。具有感應加熱裝置的電操作氣溶膠生成系統和具有感受器的氣溶膠生成制品的實例在wo-a1-95/27411和wo-a1-2015/177255中描述。

電操作氣溶膠生成系統的一個目標是減少一些氣溶膠形成基材的燃燒和熱解降解的已知有害副產物。因此,需要這些系統監視氣溶膠形成基材的溫度以確保氣溶膠形成基材不被加熱到氣溶膠形成基材可能燃燒的溫度。

在具有與氣溶膠形成基材直接接觸的感受器的氣溶膠生成制品中,可假定感受器的溫度表示氣溶膠形成基材的溫度。使用此假設,可以通過監視感受器的溫度來監視氣溶膠形成基材的溫度。

通常,耦合到感應加熱裝置的氣溶膠生成制品中的感受器不會直接物理上連接到感應加熱裝置中的電路。因此,感應加熱裝置不可能直接監視感受器的電學量,例如電阻,并從電學量與溫度之間的已知關系計算感受器的溫度。

然而,存在一些用于確定感受器的溫度而無需直接測量感受器的電學量的現有技術提議。例如,在wo-a1-2015/177255、wo-a1-2015/177256和wo-a1-2015/177257中,提出一種電操作氣溶膠生成系統,其包括具有dc電源和感應器的裝置以及被配置成測量跨越所述dc電源的dc電壓和電流以確定耦合到所述感應器的感受器的表觀電阻的電路。如以上所提到的文檔中所描述,意外地發現,感受器的表觀電阻可以在感受器的某些溫度范圍上嚴格單調的關系隨著感受器的溫度變化。所述嚴格單調的關系允許根據確定表觀電阻而明確確定感受器的溫度。這是因為表觀電阻的每一確定值表示溫度的僅一個單個值,所述關系中不存在不明確性。感受器的溫度和表觀電阻的單調關系允許確定和控制感受器的溫度,且因此允許確定和控制氣溶膠形成基材的溫度。

存在改進具有感應加熱裝置的電操作氣溶膠生成系統中的氣溶膠形成基材的溫度的確定和控制的機會。特別地,存在改進感應加熱裝置與具有感受器的氣溶膠生成制品之間的相互作用的機會。

將合乎希望的是在包括感應加熱裝置和具有感受器的氣溶膠生成制品的電操作氣溶膠生成系統中提供溫度監視和控制功能,其實施是直接的、可靠的且便宜的。還將希望在包括感應加熱構件的氣溶膠生成裝置中提供抽吸檢測功能,其實施是直接的、可靠的且便宜的。



技術實現要素:

根據本發明的第一方面,提供一種感應加熱裝置,其被配置成接納包括氣溶膠形成基材和熱鄰近于氣溶膠形成基材的感受器的氣溶膠生成制品,所述感應加熱裝置被配置成當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時加熱感受器,所述感應加熱裝置包括:用于提供dc電源電壓和電流的dc電源;以及電源電子器件。所述電源電子器件包括:dc/ac轉換器,其連接到dc電源;以及感應器,其連接到dc/ac轉換器且被布置成當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時以感應方式耦合到氣溶膠生成制品的感受器。所述電源電子器件被配置成:當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時,經由dc/ac轉換器從dc電源將電力供應到感應器以用于加熱氣溶膠生成制品的感受器,所述電力供應是在由時間間隔分隔開的多個脈沖中提供的,這些脈沖包括兩個或更多個加熱脈沖以及連續加熱脈沖之間的一個或多個探測脈沖。電源電子器件還被配置成基于在所述一個或多個探測脈沖的一個或多個中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

在由時間間隔分隔開的多個脈沖中供應電力到感應器使得電源電子器件能夠提供對由感應加熱裝置接納的氣溶膠生成制品中的感受器和氣溶膠形成基材的加熱的精細控制。

在從dc電源供應到感應器的電力的每一脈沖期間,感應器生成ac電磁場,ac電磁場在耦合到感應器的氣溶膠生成制品的感受器中感應渦電流。感受器中的渦電流加熱感受器,這又加熱制品的氣溶膠形成基材。

在來自dc電源的電力的連續脈沖之間的時間間隔期間,從dc電源到感應器的電力供應中斷。因此,感應器不會生成ac電磁場或生成具有減少場強度的ac電磁場。因此,在從dc電源到感應器的連續電力脈沖之間的時間間隔期間,耦合到感應器的感受器不受熱或通過感應的渦電流較少受熱,且具備冷卻的機會。

本文中使用術語‘中斷’以涵蓋其中來自dc電源的dc電力的供應停止或減少以使得感應器有效地不會生成交變電磁場的實施方案。類似地,本文中使用術語‘恢復’以涵蓋其中來自dc電源的電力供應開始或增加以使得感應器生成足以造成耦合到感應器的感受器的加熱的交變電磁場的實施方案。

術語“連續的”在這里用來指系列或序列中的連續的、相鄰的或鄰近的值。

本發明的感應加熱裝置的電源電子器件被配置成以由時間間隔分隔開的加熱脈沖系列或序列從dc電源向感應器供應電力。在連續加熱脈沖之間的時間間隔期間,電源電子器件被配置成以一個或多個探測脈沖從dc電源向感應器供應電力。在連續加熱脈沖之間提供一系列兩個或更多個探測脈沖的情況下,探測脈沖通過探測脈沖時間間隔分隔開。

加熱脈沖通常旨在升高或維持耦合到感應器的感受器的溫度,如稍后更詳細地描述的。加熱脈沖之間的時間間隔(其中到感應器的電力供應中斷)旨在使感受器冷卻。這樣的加熱和冷卻循環可以使感受器的溫度保持在期望的溫度范圍內,諸如用于從由感應加熱裝置接納的氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材生成氣溶膠的最佳溫度范圍。

在連續加熱脈沖之間的時間間隔內供應給感應器的探測脈沖旨在提供對耦合到感應器的感受器的溫度的間接指示(感受器冷卻時)。探測脈沖旨在通過測量從dc電源供應到感應器的電流來間接監測耦合到感應器的感受器的溫度。探測脈沖不旨在顯著提高耦合到感應器的感受器的溫度。因此,探測脈沖的持續時間通常小于加熱脈沖的持續時間。此外,在連續加熱脈沖之間提供一系列兩個或更多個探測脈沖的情況下,探測脈沖時間間隔(即探測脈沖之間的時間間隔)的持續時間通常長于探測脈沖的持續時間。

與加熱脈沖的持續時間相比提供相對短的探測脈沖,并且與探測脈沖的持續時間相比在連續探測脈沖之間提供相對長的探測脈沖時間間隔,這確保在連續加熱脈沖之間的時間間隔內供應給感應器的平均電力與在每個加熱脈沖內供應給感應器的電力相比相對較低。因此,盡管存在探測脈沖,也可以允許耦合到感應器的感受器在加熱脈沖之間的時間間隔內冷卻。

在加熱脈沖之間的時間間隔期間監測耦合到感應器的感受器的溫度可以實現對耦合到感應器的感受器的溫度的特別精細的控制。這可以使電源電子器件能夠對溫度的快速變化和意外變化做出快速反應。

基于在連續加熱脈沖之間的時間間隔內供應給感應器的探測脈沖中電流的測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間段的持續時間可以提供優于現有技術裝置的若干優點,這將在下面詳細描述。

電源電子器件被特別配置成基于在加熱脈沖之后在一個或多個探測脈沖中的一個或多個中從dc電源供應的電流的測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。如上文所提及的現有技術文檔中所解釋,已發現由dc電源供應的電流與耦合到感應器的感受器的溫度和表觀電阻相關。因此,本發明的電源電子器件被配置成間接地基于耦合到感應器的感受器的溫度控制由dc電源供應的電力的連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。針對連續加熱脈沖之間的每個探測脈沖測量的電流提供了耦合到感應器的感受器的溫度的間接測量。

通過基于感受器的溫度控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間,本發明的感應加熱裝置可以在加熱循環期間補償耦合到感應器的氣溶膠生成制品的感受器中的溫度波動。例如,本發明的感應加熱裝置可以被配置成在確定耦合到感應器的感受器的溫度到達或升高到高于最大閾值的情況下增加連續脈沖之間的時間間隔的持續時間,且可以被配置成在耦合到感應器的感受器的溫度表現為到達或下降到低于最小閾值的情況下減少連續脈沖之間的時間間隔的持續時間。

與其他已知感應加熱裝置相比,本發明的感應加熱裝置可以提供由感應加熱裝置接納的氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材的改進的加熱。與現有技術的感應加熱裝置相比,本發明的感應加熱裝置可以進一步提供改進的氣溶膠生成和改進的使用者體驗。

某些氣溶膠形成基材可以當僅在窄的溫度范圍中受熱時生成令人滿意的或可接受的氣溶膠。因此,這些氣溶膠形成基材可能不適合與并不實現對耦合到感應器的感受器的加熱的精細或精密控制的感應加熱裝置一起使用。本發明的感應加熱裝置提供對耦合到感應器的感受器的加熱的改進的精細或精密控制,且可以使得本發明的感應加熱裝置能夠與包括此類氣溶膠形成基材的氣溶膠生成制品一起使用。

一些氣溶膠形成基材可以僅在特定溫度范圍內生成可接受氣溶膠,例如在約200℃與約240℃之間。因此,在一些實施方案中,感應加熱裝置可以被配置成將耦合到感應器的感受器的溫度維持在特定溫度或附近或者在特定溫度范圍內。

如本文所使用,術語‘感應加熱裝置’用以描述包括生成交變電磁場的感應源的裝置。所述感應源可以耦合到感受器且與感受器相互作用。感應源的交變磁場可以在感受器中生成渦電流,渦電流可以通過電阻性加熱而加熱感受器。感受器也可能由于滯后損耗而進一步受熱。

如本文所使用,術語‘氣溶膠生成裝置’或‘電操作氣溶膠生成裝置’用以描述與具有氣溶膠形成基材的氣溶膠生成制品相互作用以生成氣溶膠的裝置。氣溶膠生成裝置可以是與氣溶膠生成制品相互作用以生成可以直接通過使用者的口部吸入使用者的肺的氣溶膠的裝置。氣溶膠生成裝置可以是用于氣溶膠生成制品的固持器。氣溶膠生成裝置可以是感應加熱裝置且可以包括感應源。

如本文所使用,術語‘氣溶膠生成制品’用以描述包括氣溶膠形成基材的制品。特別地,如本文關于本發明所使用,術語‘氣溶膠生成制品’用以表示包括氣溶膠形成基材以及與氣溶膠形成基材熱連通的感受器的制品。

氣溶膠生成制品可以被設計成與包括感應加熱源的電操作氣溶膠生成裝置接合。感應加熱源或感應器可以生成波動電磁場,用于當氣溶膠生成制品定位于波動電磁場內時加熱感受器。在使用中,氣溶膠生成制品可以與電操作氣溶膠生成裝置接合以使得感受器定位于由感應器產生的波動電磁場內。

如本文所用,術語‘氣溶膠形成基材’用以描述能夠在加熱時釋放可形成氣溶膠揮發性化合物的基材。由本文中所描述的氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材產生的氣溶膠可以是可見的或不可見的,并且可以包括蒸汽(例如,處于氣態的細顆粒物質,其通常在室溫下為液體或固體)以及氣體和冷凝蒸汽的液滴。

如本文所使用,術語‘感受器’用以描述可將電磁能轉換為熱量的材料。當位于波動電磁場內時,在感受器中引起的渦電流導致感受器的加熱。此外,感受器內的磁性滯后損耗導致感受器的額外加熱。當感受器定位成與氣溶膠形成基材熱接觸或接近時,氣溶膠形成基材由感受器加熱。

本文中參考感受器和氣溶膠形成基材使用術語‘熱鄰近’以表示感受器相對于氣溶膠形成基材定位以使得足夠的熱量從感受器傳遞到氣溶膠形成基材以產生氣溶膠。例如,術語‘熱鄰近’有意包含其中感受器與氣溶膠形成基材成密切物理接觸的實施方案。術語‘熱鄰近’還有意包含其中感受器與氣溶膠形成基材間隔開且被配置成經由對流或輻射將充分的熱量傳遞到氣溶膠形成基材的實施方案。

電源電子器件被配置成在由時間間隔分隔開的兩個或更多個加熱脈沖中,以及在連續加熱脈沖之間的時間間隔中的一個或多個探測脈沖中向感應器供應電力。電源電子器件可以被配置成供應任何合適數量的加熱脈沖。電源電子器件可以被配置成供應加熱脈沖集合或組。加熱脈沖集合或組可以包括任何合適數量的加熱脈沖。例如,加熱脈沖集合或組可以包括2至20個加熱脈沖。在一些實施方案中,加熱脈沖的數量可以被預先確定用于氣溶膠生成經歷。在一些實施方案中,氣溶膠生成經歷中的加熱脈沖的數量可以是可變的。氣溶膠生成經歷中的加熱脈沖的數量可以由使用者控制。電源電子器件可以被配置成在連續加熱脈沖之間提供任何合適數量的探測脈沖。電源電子器件可以被配置成在連續加熱脈沖之間供應探測脈沖集合或組。例如,探測脈沖集合或組可以包括1至50個探測脈沖。連續加熱脈沖之間的探測脈沖的數量可以是可變的。

電源電子器件被配置成控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。因為耦合到感應器的感受器被允許在連續加熱脈沖之間的時間間隔內冷卻,電源電子器件可以被配置成控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間,以在系列中的下一個加熱脈沖起始時調節感受器的溫度。在一些實施方案中,加熱脈沖的持續時間可以基本上是固定的或恒定的。然而,通常加熱脈沖的持續時間不是固定的。電源電子器件可以被配置成基于由dc電源在加熱脈沖中供應的電流的一個或多個測量結果來控制每個加熱脈沖的持續時間,如稍后更詳細地描述的。這樣,每個加熱脈沖的持續時間可以取決于加熱脈沖中感受器的溫度。

加熱脈沖的持續時間以及連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間的獨立調整可以具體來說提供耦合到感應器的感受器的有效且高效加熱以及從熱鄰近于感受器的氣溶膠形成基材生成可接受的氣溶膠。

在兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔期間,允許耦合到感應器的感受器冷卻。兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間理想地長到足以使感受器冷卻到低于用于生成可接受氣溶膠的最大溫度,但不會長到使得感受器冷卻到低于用于生成可接受氣溶膠的最小溫度。因此,每個感受器和氣溶膠形成基材布置可以具有連續加熱脈沖之間的時間間隔的不同且特定理想持續時間。

來自dc電源的電流波動可以指示感受器或氣溶膠生成制品的變化。例如,在加熱脈沖或探測脈沖任一者中測量的電流的突然增加可能表明感受器已經被快速冷卻??梢酝ㄟ^使用者在氣溶膠生成制品上的抽吸期間在感受器上方汲取空氣而發生感受器的快速冷卻。因此,感應加熱裝置的電源電子器件可以被配置成基于從dc電源供應的電流測量結果的波動來檢測抽吸。

通常,當從dc電源向感應器供應電力時,dc電源供應恒定電壓。通常,由dc電源供應的電壓在每個脈沖中基本類似。由dc電源供應的電壓在每個加熱脈沖中可以基本類似。由dc電源供應的電壓在每個探測脈沖中可以基本類似。由dc電源在每個探測脈沖中供應的電壓可以基本上等于由dc電源在每個加熱脈沖中供應的電壓。然而,在一些實施方案中,由dc電源在每個探測脈沖中供應的電壓可以低于由dc電源在每個加熱脈沖中供應的電壓。

探測脈沖可以具有任何合適的持續時間。在兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔內,在從dc電源向感應器供應兩個或更多個探測脈沖的情況下,每個探測脈沖可以具有基本類似的持續時間。每個探測脈沖的持續時間可以基本上等于探測脈沖持續時間。探測脈沖持續時間可以是預先確定的值。探測脈沖持續時間可以存儲在電源電子器件的存儲器中。探測脈沖持續時間可以在約2毫秒至約20毫秒之間或在約5毫秒至約15毫秒之間。探測脈沖持續時間可以是約10毫秒。探測脈沖的持續時間通常比加熱脈沖的持續時間短得多,使得探測脈沖不顯著增加耦合到感應器的感受器的溫度。

在兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔內,在從dc電源向感應器供應兩個或更多個探測脈沖的情況下,連續探測脈沖可以被探測脈沖時間間隔分隔開。探測脈沖時間間隔可以是預先確定的值。探測脈沖時間間隔可以存儲在電源電子器件的存儲器中。通常,探測脈沖時間間隔持續時間長于探測脈沖持續時間,使得耦合到感應器的感受器在探測脈沖之間冷卻。探測脈沖時間間隔可以是基本上恒定或固定的。探測脈沖時間間隔可以在約50毫秒至約50毫秒之間或在約70毫秒至約120毫秒之間。探測脈沖時間間隔持續時間可以是約90毫秒。

在兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔內,在從dc電源向感應器供應一系列兩個或更多個探測脈沖的情況,以及在每個探測脈沖具有探測脈沖持續時間且連續探測脈沖被探測脈沖時間間隔分隔開的情況,探測脈沖的系列或序列可以基本上是規則的。電源電子器件可以被配置成在加熱脈沖結束后探測脈沖時間間隔過去之后供應所述系列中的第一探測脈沖。電源電子器件可以被配置成當連續加熱脈沖之間的時間間隔已經過去時,在所述系列中的最后探測脈沖結束后探測脈沖時間間隔已經過去之后,供應下一個加熱脈沖。

在一些實施方案中,連續加熱脈沖之間的探測脈沖的數量可以是固定的。然而,通常,連續加熱脈沖之間的探測脈沖的數量不是固定的。通常,連續加熱脈沖之間的探測脈沖的數量取決于連續加熱脈沖之間的感受器的冷卻速率。

在一些實施方案中,電源電子器件被配置成在連續加熱脈沖之間從dc電源向感應器供應規則的探測脈沖系列或序列。每個探測脈沖可以具有基本上等于探測脈沖持續時間的持續時間,并且連續探測脈沖之間的時間間隔可以基本上等于探測脈沖時間間隔。在這些實施方案中,在連續加熱脈沖之間供應給感應器的探測脈沖的數量取決于在連續加熱脈沖之間確定的時間間隔。

在一些實施方案中,加熱脈沖至少包括第一加熱脈沖和第二加熱脈沖,第二加熱脈沖與第一加熱脈沖分隔開一定的時間間隔。電源電子器件可以被配置成在第一加熱脈沖與第二加熱脈沖之間的時間間隔內在一個或多個探測脈沖中從dc電源向感應器供應電力。電源電子器件還可以被配置成基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的測量結果來控制第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成將一個或多個探測脈沖中的電流的一個或多個測量結果與一個或多個目標條件進行比較。在啟動下一個加熱脈沖之前,可能需要測量由dc電源在一個或多個探測脈沖中供應的電流,以滿足一個或多個目標條件。因此,電源電子器件可以被配置成基于所述一個或多個探測脈沖中的電流的所述一個或多個測量結果與所述一個或多個目標條件的比較來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。所述一個或多個目標條件可以存儲在電源電子器件的存儲器中。

目標條件可以是任何合適的目標條件。

目標條件可以包括所述一個或多個探測脈沖中的電流測量結果與絕對值的比較。例如,目標條件可以包括探測脈沖中的電流的測量結果基本等于或超過參考電流值。參考電流值可以存儲在電源電子器件的存儲器中。電源電子器件可以被配置成如果在探測脈沖中測量的電流基本等于或超過參考電流值,則在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。

目標條件可以包括相對值或條件,諸如一系列探測脈沖中的連續探測脈沖的電流的測量結果之間的比較。例如,目標條件可以包括一系列探測脈沖中的連續探測脈沖的電流的測量結果的減小。電源電子器件可以被配置成如果在連續探測脈沖上測量的電流減小,則在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。

在一些實施方案中,目標條件可以包括條件或目標序列或系列。電源電子器件可以被配置成依次按照序列或系列的順序將連續探測脈沖中的電流測量結果與目標條件序列或系列中的每一個進行比較。

在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成確定在一系列探測脈沖中測量的電流是該系列探測脈沖中的最小電流,并且如果確定在該系列探測脈沖中已經發生了最小電流,則在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。電源電子器件可以被配置成以任何合適的方式確定在該系列探測脈沖中測量的電流是在該系列探測脈沖中的最小電流。電源電子器件可以被配置成通過比較一系列探測脈沖中的連續探測脈沖,確定在第一對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間減小,以及確定在第二對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間增加,從而確定在該系列探測脈沖中測量的電流是該系列探測脈沖中的最小電流。

在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件序列可以包括:在第一對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間減??;以及在第二對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間增加。第二對連續探測脈沖可以是在第一對連續探測脈沖之后的任何合適的一對連續探測脈沖。例如,第二對連續探測脈沖可以包括第一對連續探測脈沖的第二個,第二對連續探測脈沖可以緊接在第一對連續探測脈沖之后(即第二對連續脈沖的第一個可以是第一對連續探測脈沖的第二個的連續探測脈沖),或者一個或多個探測脈沖可以在第一對連續探測脈沖和第二對連續探測脈沖之間供應給感應器。

在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件序列可以包括:在第一對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間減??;在第二對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間增加;以及在第二對連續探測脈沖處或之后從dc電源供應的電流等于或大于參考電流值。

在一些實施方案中,電源電子器件被配置成針對每個加熱脈沖確定以下中的至少一個:當從dc電源供應的電流處于最小電流值時;當從dc電源供應的電流處于最大電流值時;以及所確定的最小電流值和最大電流值之間的中點。電源電子器件可以被進一步被配置成基于所確定的最小電流值、最大電流值和中點電流值中的至少一個確定參考電流值或目標電流值。所確定的參考值或目標值可以是目標條件。電源電子器件可以被配置成基于連續加熱脈沖之間的一個或多個探測脈沖中的dc電流的測量結果與參考電流值或目標電流值之間的比較來控制兩個連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

電源電子器件可以被進一步配置成當探測脈沖中的電流測量結果的一個或多個與目標條件匹配或者第一加熱脈沖結束后的時間段達到最大時間間隔持續時間時,在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。最大時間間隔持續時間可以是預先確定的。最大時間間隔持續時間可以存儲在電源電子器件的存儲器中。

在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成在從第一加熱脈沖結束起已經過去最大時間間隔持續時間之后,在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。這可以使得感應加熱裝置能夠繼續向感應器供應加熱脈沖,用于加熱感受器,即使在特定時間段內不滿足目標條件。最大時間間隔持續時間可以是任何合適的持續時間。例如,最大時間間隔持續時間可以在約3s至約6s之間或在約4s至約5s之間。最大時間間隔持續時間可以約為4.5s。最大時間間隔持續時間可以存儲在電源電子器件的存儲器中。

在示例性實施方案中,電源電子器件被配置成在第一加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力,并且中斷向感應器供應電力以結束第一加熱脈沖。電源電子器件被進一步配置成在從第一加熱脈沖結束起的探測脈沖時間間隔過去之后,在第一探測脈沖中向感應器供應電力。電源電子器件還被配置成測量在第一探測脈沖中從dc電源供應的電流,并且在從第一探測脈沖的起始計的探測脈沖持續時間過去之后,中斷對感應器的電力供應以結束第一探測脈沖。電源電子器件被配置成將第一探測脈沖中的電流的一個或多個測量結果與一個或多個目標條件進行比較,并且如果電流的一個或多個測量結果匹配目標條件,則在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。

在又一個示例性實施方案中,電源電子器件被配置成如果第一探測脈沖中的電流的所述一個或多個測量結果與目標條件不匹配,則在從第一探測脈沖結束起的探測脈沖時間間隔過去之后,在第二探測脈沖中向感應器供應電力。電源電子器件被進一步配置成測量在第二探測脈沖中從dc電源供應的電流,并且在從第二探測脈沖的起始計的探測脈沖持續時間已經過去之后中斷對感應器的電力供應以結束第二探測脈沖。電源電子器件還被配置成將第二探測脈沖中的電流的一個或多個測量結果與一個或多個目標條件進行比較,并且如果所述一個或多個探測脈沖中的電流的一個或多個測量結果與目標條件匹配,則在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。

在又一個示例性實施方案中,電源電子器件被配置成在一系列探測脈沖中繼續從dc電源向感應器供應電力,其中每個探測脈沖具有基本上等于探測脈沖持續時間的持續時間,并且連續探測脈沖被基本上等于探測脈沖時間間隔的時間間隔分隔開。電源電子器件被進一步配置成當探測脈沖中的電流測量結果的一個或多個與目標條件匹配或者第一加熱脈沖結束后的時間段達到最大時間間隔持續時間時,在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。

對于每個加熱脈沖,電源電子器件可以被配置成如果測量的電流值指示耦合到感應器的感受器的溫度處于或高于最大溫度則中斷從dc電源到感應器的電力供應。為實現這一點,對應于耦合到感應器的感受器的最大溫度的參考最大電流值可以存儲于電源電子器件的存儲器中。電源電子器件可以被配置成測量從dc電源供應到感應器的電流,將測量的電流與所存儲的參考電流值進行比較,并且基于所述比較中斷從dc電源到感應器的電力供應。例如,參考最小電流值可以存儲在電源電子器件的存儲器中,并且電源電子器件可以被配置成如果測量的電流值到達或下降到低于預定最小電流值中斷從dc電源到感應器的電力供應。在一些實施方案中,從dc電源到感應器的電力供應的這種中斷可以限定加熱脈沖的結束。在這些實施方案中,加熱脈沖的結束由加熱脈沖中從dc電源供應的電流的測量結果確定。在這些實施方案中,加熱脈沖的持續時間不是固定的,而是取決于供應給感應器的電流,并且因此間接取決于感受器的溫度。

在一些實施方案中,電源電子器件可被配置成檢測在每個加熱脈沖中來自dc電源的測量電流值的變化率。在這些實施方案中,電源電子器件可以被配置成基于測量的電流值的變化率的變化的檢測而中斷從dc電源到感應器的電力供應。例如,耦合到感應加熱裝置的感應器的感受器可以包括具有低于氣溶膠形成基材的任何預定最大加熱溫度的居里溫度的材料,如下文更詳細地描述。當將感受器加熱到居里溫度時,加熱脈沖中測量的電流值的變化率可以改變。換句話說,在感受器材料中發生相變時在測量的電流的變化率中可以檢測到極值,諸如最大值或最小值。這可以提供感受器處于居里溫度且氣溶膠形成基材處于預定最大溫度的指示。因此,電源電子器件可以被配置成中斷在加熱脈沖中從dc電源的電力供應,以停止或防止氣溶膠形成基材的進一步加熱。在一些實施方案中,從dc電源到感應器的電力供應的這種中斷可以限定每個加熱脈沖的結束。

此項技術中已經做出各種提案用于適配感受器以便控制氣溶膠生成制品中的感受器的溫度。例如,在wo-a1-2015/177294中,提出一種氣溶膠生成系統,其包括具有第一感受器材料和第二感受器材料的感受器。第一感受器材料熱鄰近于第二感受器材料。

本文中參考具有第一感受器材料和第二感受器材料的感受器使用術語‘熱鄰近’以表示第一感受器材料相對于第二感受器材料定位以使得當感受器被由感應器產生的交變電磁場加熱時,熱量在第一感受器材料與第二感受器材料之間傳遞。例如,術語‘熱鄰近’意指包含其中第一感受器材料與第二感受器材料成緊密物理接觸的實施方案。術語‘熱鄰近’還意指包含其中第一感受器材料與第二感受器材料間隔開以及第一和第二感受器材料的實施方案。

在一些實施方案中,第一感受器材料和第二感受器材料可以成緊密接觸或緊密物理接觸,從而形成一體式感受器。在這些實施方案中,當受熱時,第一和第二感受器材料具有基本上相同的溫度。

可以針對氣溶膠形成基材的加熱優化的第一感受器材料可以具有高于氣溶膠形成基材的任何預定義最大加熱溫度的第一居里溫度??梢葬槍φ{節氣溶膠形成基材的溫度優化的第二感受器材料可以具有低于氣溶膠形成基材的任何預定義最大加熱溫度的第二居里溫度。一旦感受器已到達第二居里溫度,第二感受器材料的磁性質就改變。在第二居里溫度下,第二感受器材料從鐵磁相可逆地變為順磁相。在氣溶膠形成基材的感應加熱期間,第二感受器材料的此相變可以由感應加熱裝置檢測而無需與第二感受器材料的物理接觸。相變的檢測可以允許感應加熱裝置控制氣溶膠形成基材的加熱。

例如,在檢測到與第二居里溫度相關聯的相變時,感應加熱可以自動停止。因此,可以避免氣溶膠形成基材的過熱,即使主要負責氣溶膠形成基材的加熱的第一感受器材料不具有高于最大期望加熱溫度的居里溫度或第一居里溫度。在感應加熱已停止之后感受器冷卻直到它到達低于第二居里溫度的溫度。在這時第二感受器材料再次恢復其鐵磁性質。

本發明的感應加熱裝置可以被配置成接納包括感受器的氣溶膠生成制品,所述感受器具有第一感受器材料和第二感受器材料。本發明的感應加熱裝置可以進一步被配置成基于感受器中的第二感受器材料的相變的檢測而控制從dc電源到感應器的電力供應。換句話說,本發明的感應加熱裝置的電源電子器件可以被配置成檢測耦合到感應器的感受器的第二感受器材料中的相變,且在檢測到相變時停止或減少從dc電源供應的電力。

在一些具體實施方案中,感應加熱裝置可以被配置成接納包括感受器的氣溶膠生成制品,所述感受器包括第一感受器材料和第二感受器材料,第一感受器材料安置成熱鄰近于第二感受器材料,并且第二感受器材料具有低于500℃的居里溫度。對于每個加熱脈沖,本發明的感應加熱裝置的電源電子器件可以被配置成:確定從dc電源供應的電流何時處于最大電流值;當確定最大電流值時停止、減少或中斷從dc電源到感應器的電力供應以結束加熱脈沖;以及在確定的時間間隔之后,基于探測脈沖的測量的電流,開始或增加在第二加熱脈沖中從dc電源的電力供應,使得電力在一系列加熱脈沖中從dc電源供應到感應器。

在這些具體實施方案中,電源電子器件不僅被配置成控制由dc電源供應的電力的連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間,而且電源電子器件被配置成基于由dc電源供應的電流的測量結果而控制每個加熱脈沖的持續時間。

下文具體來說參考圖9更詳細地描述由dc電源供應的電流與具有兩種感受器材料的感受器的溫度之間的關系。然而,一般來說,在感受器到達第二居里溫度且第二感受器材料經歷相變時,由dc電源供應的電流的曲線展現臨時拐點。

例如,在這些具體實施方案中的一些實施方案中,感受器的表觀電阻隨著感受器被加熱到第二居里溫度而增加。當感受器到達第二居里溫度時,感受器的表觀電阻展現第一極值,在此實例中為最大值,且隨后感受器的表觀電阻臨時減小。此臨時減小起因于第二感受器在相變期間失去其磁性質。一旦相變完成,感受器的表觀電阻就展現第二極值,在此實例中為最小值,且隨后感受器的表觀電阻隨著dc電源繼續對感應器供應電力以加熱感受器而再次增加。

測量的從dc電源供應的電流展現與感受器的表觀電阻的反比關系,如從歐姆定律所預期。因此,在此示例性實施方案中,測量的電流隨著感受器被加熱到第二居里溫度而減小。在第二居里溫度下,測量的電流達到最小idcmin且臨時增加直到其達到最大idcmax,在此之后測量的電流隨著感受器進一步受熱而再次減小。

本發明的感應加熱裝置的電源電子器件可以被配置成檢測第二感受器材料的居里轉變。換句話說,本發明的感應加熱裝置的電源電子器件可以被配置成檢測由第二感受器材料的相變導致的由dc電源供應的電流的曲線中的臨時拐點。居里轉變的檢測可以使電源電子器件能夠確定何時停止或減少被供應給感受器的電力量以避免感受器使氣溶膠形成基材過熱。

在由dc電源供應的電流的測量結果中檢測到諸如最大值或最小值等極值可以指示感受器材料的相變發生。特別地,由dc電源供應的電流中檢測到諸如最小值的第一極值可以指示感受器已達到第二居里溫度。在由dc電源供應的電流中檢測到諸如最大值的第二極值可以指示第二感受器材料的相變已發生。

由dc電源供應的電流中的拐點提供感受器的溫度的指示符。第二感受器材料的居里溫度可以選擇為在用于從氣溶膠形成基材生成合適或可接受的氣溶膠而無需點燃氣溶膠形成基材的溫度范圍內。

在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成檢測加熱脈沖中的電流的最大值。電源電子器件可以被進一步被配置成當檢測到最大值時中斷從dc電源到感應器的電力供應。該中斷可以定義加熱脈沖的結束。

電源電子器件可以被配置成確定在加熱脈沖中從dc電源供應的電流何時處于最小電流值。

在一些具體實施方案中,電源電子器件可以被配置成:確定加熱脈沖的確定的最小電流值和加熱脈沖的確定的最大電流值之間的中點。

電源電子器件可以被配置成將確定的加熱脈沖中的最大電流值、最小電流值和中點電流值中的至少一個存儲在電源電子器件的存儲器中。電源電子器件還可被配置成將一個或多個探測脈沖中的電流的測量結果與存儲的加熱脈沖的最大電流值、最小電流值和中點電流值中的至少一個進行比較。電源電子器件可以被配置成基于該比較控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

通過使用加熱脈沖中所確定的最大電流值、最小電流值和所確定的最大電流值和最小電流值之間的中點中的至少一個作為目標或參考電流值(探測脈沖的一個或多個中的電流測量結果對照其進行比較),而不是用作預先確定的目標或參考值,本發明的感應加熱裝置可以適用于感受器和氣溶膠形成基材的不同布置,而不需要將多個目標或參考值存儲在電源電子器件的存儲器上。

對于每個特定感受器和氣溶膠形成基材布置,確定的最大和最小電流值應當是相同或非常相似的。這是因為對于每個特定感受器和氣溶膠形成基材布置,確定的最大和最小電流值應當在感受器處于特定溫度時發生,所述特定溫度應當針對每個脈沖是相同的(即當感受器處于或接近于第二居里溫度時)。因此,確定的最大和最小電流值之間的中點應當針對每個連續加熱脈沖是相同或非常相似的。

已經發現,確定的最大和最小電流值之間的中點是針對每個加熱脈沖的特別適合的初始電流值。因此,電源電子器件可以被配置成調節連續加熱脈沖之間的時間間隔持續時間,使得加熱脈沖的初始電流值在多個脈沖上處于所確定的最小電流值和最大電流值之間的中點處或附近。

在一些實施方案中,電源電子器件被配置成基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流和dc電源兩端的電壓的一個或多個測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。優選地,電源電子器件被配置成基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流和dc電源兩端的電壓的一個或多個測量結果來確定電導值??梢詮碾娏鳒y量結果和電壓測量結果的商或比率確定電導值。電源電子器件可以被配置成確定一個或多個電流測量結果與一個或多個電壓測量結果的商。換句話說,電源電子器件可以被配置成通過將電流的一個或多個測量結果除以電壓的一個或多個測量結果來確定電導值。

優選地,電源電子器件被配置成基于一個或多個確定的電導值控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。令人驚訝的是,已經發現,與僅基于電流測量結果的控制相比,控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間已經提供了感受器溫度控制的提高的穩定性和可靠性。

應當理解,本文提到的關于電流測量的所有參考可以另外包括電壓的測量。應當理解,本文提到的關于電流測量的所有參考可以另外包括電壓的測量和電導的確定。還應當理解,本文提到的對目標電流值和目標電流條件的參考可以包括目標電導值和目標電導條件。換句話說,對被配置成基于一個或多個電流測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間的控制電路的引用也可以包括其中電源電子器件被配置成基于一個或多個電導確定來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間的實施方案。

本發明的第一方面的感應加熱裝置和氣溶膠生成制品可以形成根據本發明的第二方面的電操作氣溶膠生成系統。氣溶膠生成制品可以包括氣溶膠形成基材和熱鄰近于感受器的感受器。感應加熱裝置可以被配置成接納感受器且當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時加熱感受器。感應加熱裝置的感應器可以生成波動電磁場以在感受器中感應渦電流,從而致使感受器變熱。

本發明的感應加熱裝置或電操作氣溶膠生成裝置可以包括:殼體;用于接納氣溶膠生成制品的腔體;被布置成在腔體內生成波動電磁場的感應器;用于供應電力到感應器的dc電源;以及被配置成控制從電源到感應器的電力供應的電源電子器件。

感應加熱裝置包括用于供應電力到感應器的dc電源。dc電源被配置成供應dc電源電壓和電流。dc電源可以是任何合適的dc電源。例如,dc電源可以是單次使用電池或可再充電電池。在一些實施方案中,電源可以是鋰離子電池。在其他實施方案中,電源可為鎳金屬氫化物電池、鎳鎘電池或鋰基電池,例如鋰鈷、磷酸鋰鐵、鈦酸鋰或鋰聚合物電池。在一些實施方案中,dc電源可以包括一個或多個電容器、超級電容器或混合電容器。dc電源可以包括一個或多個鋰離子混合電容器。

dc電源可以被配置成供應任何合適的dc電壓和電流。dc電源可以被配置成供應處于在約2.5伏特與約4.5伏特之間的范圍內的dc電壓以及處于在約2.5安培與約5安培之間的范圍內的電流,這對應于處于在約6.25瓦與約22.5瓦之間的范圍內的dc功率。

感應加熱裝置還包括用于耦合到氣溶膠生成制品的感受器的感應器。感應器可以包括線圈。線圈可以是螺旋卷繞的圓柱形感應器線圈。感應器可以定位于裝置的腔體的內表面上或附近。線圈可以包圍腔體。在一些實施方案中,感應器線圈可以具有長橢圓形形狀且限定處于約0.15cm3到約1.10cm3的范圍內的內部體積。例如,螺旋卷繞的圓柱形感應器線圈的內徑可以在約5mm與約10mm之間或約7mm,且螺旋卷繞的圓柱形感應器線圈的長度可以在約8mm與約14mm之間。感應器線圈線的直徑或厚度可以在約0.5mm與約1mm之間,這取決于是使用具有圓形橫截面的線圈線還是具有平坦矩形橫截面的線圈線。螺旋卷繞的感應器線圈可以定位于腔體的內表面上或附近。定位于腔體的內表面上或附近的螺旋卷繞的圓柱形感應器線圈使裝置能夠變為緊湊的。感應器可以包括一個線圈或多于一個線圈。

感應加熱裝置還包括被配置成控制從dc電源到感應器的電力供應的電源電子器件。

電源電子器件可以包括dc/ac轉換器或反相器,用于將來自dc電源的電流轉換為ac電流以用于供應到感應器。

dc/ac轉換器可以被配置成在高頻下操作。如本文所使用,術語“高頻”用以描述范圍從約1兆赫茲(mhz)到約30兆赫茲(mhz)、從約1兆赫茲(mhz)到約10mhz(包含約1mhz到約10mhz的范圍)以及從約5兆赫茲(mhz)到約7兆赫茲(mhz)(包含約5mhz到約7mhz的范圍)的頻率。

dc/ac轉換器可以包括lc負載網絡。lc網絡可以包括用于耦合到氣溶膠生成制品的感受器的感應器。感應器可以被布置成與lc負載網絡中的電容器串聯。lc負載網絡可進一步包括并聯電容器。

lc負載網絡可以被配置成在低歐姆負載下操作。如本文所使用,術語“低歐姆負載”用以描述小于約2歐姆的歐姆負載。感應器的電阻通??梢允且粴W姆的十分之幾。通常,感受器的電阻將高于感應器的電阻,以使得感受器可以被配置成將對其供應的大部分電力高效地轉換為熱量以用于加熱氣溶膠形成基材。在感受器的加熱期間,感受器的電阻也將通常隨著感受器的溫度增加而增加。在操作中,感受器的電阻可以有效地添加到感應器的電阻以增加lc負載網絡的歐姆負載。

dc/ac轉換器可以包括功率放大器。特別地,dc/ac轉換器可以包括e類功率放大器,其包括晶體管開關和晶體管開關驅動器電路。e類功率放大器是一般已知的且詳細地描述于例如文章“e類rf功率放大器”(nathan0.sokal,雙月刊qex中公布,2001年1月/2月版本,第9-20頁,美國無線電中繼聯盟(arrl),美國康涅狄格州紐因頓)中。e類功率放大器可以有利地在高頻率下操作,同時也具有包括少量組件的相對簡單的電路結構(例如,e類功率放大器僅需要一個晶體管開關,這比d類功率放大器有利,d類功率放大器需要以高頻控制的兩個晶體管開關以確保當兩個晶體管中的一個切斷時,兩個晶體管中的另一個接通)。另外,e類功率放大器已知在切換轉變期間具有跨越開關晶體管的低功率耗散。e類功率放大器可以是僅具有單個晶體管開關的單端一階e類功率放大器。

在包括e類功率放大器的實施方案中,晶體管開關可以是任何合適類型的晶體管。例如,晶體管可以是雙極結晶體管(bjt)或場效應晶體管(fet),例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet)或金屬半導體場效應晶體管(mesfet)。

e類功率放大器可以具有輸出阻抗,且電源電子器件可進一步包括匹配網絡,用于將e類功率放大器的輸出阻抗匹配于lc負載網絡的低歐姆負載。例如,匹配網絡可以包括小的匹配變壓器。匹配網絡可以改進反相器或轉換器與感應器之間的電力傳遞效率。

電源電子器件還可以包括微控制器。微控制器可以被編程以控制由dc電源供應到感應器的電力的每一脈沖的持續時間。微控制器可以被編程以控制由dc電源供應到感應器的電力的連續脈沖之間的時間間隔的持續時間。微控制器可以被編程以確定與感應加熱裝置接合的氣溶膠生成制品的感受器的表觀電阻(ra)。微控制器可以被編程以根據從dc電源供應的dc電壓(vdc)和從dc電源汲取的電流(idc)中的至少一個的測量結果確定感受器的表觀電阻(ra)。微控制器可以進一步被編程以從表觀電阻(ra)確定氣溶膠生成制品的感受器的溫度。微控制器也可以進一步被編程以從感受器的溫度確定氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材的溫度。

電源電子器件可以被配置成測量從dc電源汲取的電流。電源電子器件可以包括用于測量從dc電源汲取的電流的電流傳感器。電源電子器件可具有任何合適的電流傳感器。

電源電子器件還可以被配置成測量由dc電源供應的dc電壓。電源電子器件可以包括用于測量由dc電源供應的dc電壓的電壓傳感器。電源電子器件可以包括任何合適的電壓傳感器。

已發現可以根據從dc電源汲取的dc電壓和電流的測量結果確定感受器的表觀電阻。令人驚奇的是,感受器的表觀電阻在感受器的某些溫度范圍上以嚴格單調關系隨著感受器的溫度變化。此嚴格單調關系允許從表觀電阻的確定明確確定感受器的溫度,因為表觀電阻的每一確定值表示溫度的僅一個單個值,所述關系中不存在不明確性。雖然感受器的溫度與表觀電阻之間的關系是單調的,但其不必是線性的。感受器的溫度和表觀電阻的單調關系允許確定和控制感受器的溫度,且因此允許確定和控制氣溶膠形成基材的溫度。

根據歐姆定律,可以根據從dc電源汲取的電流與由dc電源供應的dc電壓之間的已知關系計算感受器的表觀電阻。通常,感受器的表觀電阻是基于從dc電源汲取的電流的測量結果來確定。感受器的表觀電阻也可以基于從dc電源供應的dc電壓的測量確定。然而,在一些實施方案中,dc電源可以被配置成供應恒定dc電壓值。在這些實施方案中,由dc電源供應的恒定電壓值可以是已知的且可以例如存儲在電源電子器件的微處理器的存儲器中,且可用于確定感受器的表觀電阻。因此,在包括恒定電壓dc電源的實施方案中,電源電子器件不必被配置成測量由dc電源供應的dc電壓。這可以減少電源電子器件的組件數目、復雜性、大小和成本中的一個或多個。將了解,在包括恒定電壓dc電源的一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成測量由dc電源供應的dc電壓,且dc電壓的測量可以用于確定感受器的表觀電阻。

在其中dc電源包括供應恒定電壓值的dc電源的一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成存儲參考恒定電壓值,其指示由恒定電壓dc電源供應的恒定電壓值。在這些實施方案中,電源電子器件可以不需要監視由dc電源供應的dc電壓。然而,將了解,在這些實施方案中,也可以提供電壓傳感器用于監視由dc電源供應的dc電壓值。

電源電子器件還可以包括被布置成dc扼流器的額外感應器。

電源電子器件的大小或總體積可以特別小。例如,電源電子器件的大小或總體積可以等于或小于2cm3。此小尺寸是由于電源電子器件的組件數目較少。在其中lc負載網絡的感應器用作用于感應耦合到氣溶膠形成制品的感受器的感應器的實施方案中,特別小的大小或體積是可能的。在并不包括匹配網絡的實施方案中,特別小的大小或體積也是可能的。電源電子器件的小尺寸或小體積有助于保持感應加熱裝置的整體大小或體積特別小。

感應加熱裝置還包括用于接納氣溶膠生成制品的腔體。腔體可以具有被成形為容納氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材的至少一部分的內表面。腔體可以被布置成使得在氣溶膠生成制品的氣溶膠形成基材的一部分容納于腔體中后,lc負載網絡的感應器在操作期間以感應方式耦合到氣溶膠形成基材的感受器。此布置可以使lc負載網絡的感應器能夠耦合到氣溶膠生成制品的感受器且通過渦電流的感應來加熱感受器。此布置可以不需要額外組件,例如用于將e類功率放大器的輸出阻抗匹配于負載的匹配網絡,因此允許進一步最小化電源電子器件的大小。

感應加熱裝置可以包括用于操作裝置的構件。在一些實施方案中,用于操作裝置的構件可以包括簡單的使用者操作的開關。

總體上,本發明的感應加熱裝置提供小的且易于處置的、高效、清潔且穩健的加熱裝置。這主要是由于基材的非接觸加熱以及電源電子器件的布置和配置。

對于形成低歐姆負載且具有顯著高于lc負載網絡的感應器的電阻的電阻的感受器,如上文指定,本發明的感應加熱裝置可以在大約五秒或在一些實施方案中甚至小于五秒的時間周期中將感受器加熱到處于300-400攝氏度的范圍內的溫度。同時,感應加熱裝置的感應器的溫度可以維持遠低于感受器的溫度,因為絕大多數電力轉換成感受器中的熱量而不是感應器中的熱量。

在一些實施方案中,感應加熱裝置可以被配置成將電力供應到布置在氣溶膠形成基材內的感受器以使得可以將氣溶膠形成基材加熱到在約200℃與約240℃之間的平均溫度。

感應加熱裝置可能夠產生波動電磁場,其具有在約1千安培每米(ka/m)與約5ka/m之間、在約2ka/m與約3ka/m之間或約2.5ka/m的磁場強度(h場強度)。感應加熱裝置能夠生成頻率在約1mhz和約30mhz之間、在約1mhz和約10mhz之間或者在約5mhz和約7mhz之間的波動電磁場。

感應加熱裝置可以是使用者可舒適地把持在單手的手指之間的便攜式或手持式電操作氣溶膠生成裝置。

感應加熱裝置可以具有在約70毫米與約120毫米之間的長度。

感應加熱裝置可以是基本上圓柱形的形狀。

具體地,感應加熱裝置可以包括:裝置殼體;以及布置于裝置殼體中的腔體,所述腔體具有被成形為容納氣溶膠形成基材的至少一部分的內表面,所述腔體被布置成使得在氣溶膠形成基材的所述部分容納于腔體中后,感應器在裝置的操作期間以感應方式耦合到感應加熱裝置的感受器。電源電子器件還可以被配置成在高頻下操作,dc/ac轉換器包括被配置成在低歐姆負載下操作的lc負載網絡,其中lc負載網絡包括電容器和具有歐姆電阻的感應器的串聯連接,且其中電源電子器件包括被編程以控制從dc電源供應到感應器的電力的微控制器。

氣溶膠生成制品也可以提供作為根據本發明的第二方面的氣溶膠生成系統的部分。氣溶膠生成制品可呈包括兩個末端的桿的形式:口端或近端,氣溶膠通過此端退出氣溶膠生成制品且遞送到使用者,以及遠端。在使用中,使用者可以在口端上抽吸,以吸入由氣溶膠生成制品生成的氣溶膠??诙嗽谶h端下游。遠端也可以被稱為上游端并且在口端的上游。

如本文中所使用,術語“上游”和“下游”用以描述氣溶膠生成制品的元件或元件的部分相對于使用者在氣溶膠生成制品的使用期間對其進行抽吸的方向的相對位置。

當在本文中的使用涉及氣溶膠生成制品時,術語“縱向”用于描述氣溶膠生成制品的口端和遠端之間的方向,并且術語“橫向”用于描述垂直于縱向方向的方向。

如在本文中涉及氣溶膠生成制品使用時,術語“直徑”用于描述氣溶膠生成制品在橫向方向上的最大尺寸。當本文涉及氣溶膠生成制品使用時,術語“長度”用于描述氣溶膠生成制品在縱向方向上的最大尺寸。

氣溶膠生成制品包括感受器。感受器布置成熱鄰近于氣溶膠形成基材。因此,當感受器加熱時,氣溶膠形成基材被加熱并且形成氣溶膠。感受器可以被布置成與氣溶膠形成基材直接或緊密物理接觸,例如在氣溶膠形成基材內。

感受器可呈銷、桿或葉片的形式。感受器可具有介于約5mm和約15mm之間、約6mm和約12mm之間或約8mm和約10mm之間的長度。感受器可以具有在約1mm與約6mm之間的寬度,且可以具有在約10微米與約500微米之間或在約10與約100微米之間的厚度。如果感受器具有恒定橫截面,例如圓形橫截面,那么其可以具有在約1mm與約5mm之間的寬度或直徑。

感受器的長度尺寸可以大于其寬度尺寸或其厚度尺寸,例如比其寬度尺寸或其厚度尺寸大兩倍。因此,感受器可以被描述為細長感受器。感受器可以基本上縱向地布置在桿內。這意味著長形的感受器的長度尺寸被布置成大約平行于桿的縱向方向,例如平行于桿的縱向方向的加或減10度內。長形的感受器元件可以定位于桿內的徑向中心位置,且沿著桿的縱向軸線延伸。

在一些實施方案中,氣溶膠生成制品可以含有單個感受器。在其他實施方案中,氣溶膠生成制品可以包括多于一個感受器。氣溶膠生成制品可以具有多于一個長形的感受器。因此,加熱可以在氣溶膠形成基材的不同部分中有效地實現。

在一些優選實施方案中,感受器包括第一感受器材料和第二感受器材料。第一感受器材料可以安置成熱鄰近于第二感受器材料。第一感受器材料可以安置成與第二感受器材料緊密物理接觸。第二感受器材料可以具有低于500℃的居里溫度。第一感受器材料可以主要用于在感受器放置于波動電磁場中時加熱感受器??梢允褂萌魏魏线m的材料。例如,第一感受器材料可以是鋁,或者可以是含鐵材料,例如不銹鋼。第二感受器材料可以主要用以指示感受器何時已到達特定溫度,所述溫度是第二感受器材料的居里溫度。第二感受器材料的居里溫度可以用于在操作期間調節整個感受器的溫度。因此,第二感受器材料的居里溫度應當低于氣溶膠形成基材的燃點。用于第二感受器材料的合適材料可以包含鎳和某些鎳合金。

通過提供至少具有第一和第二感受器材料的感受器,其中第二感受器材料具有居里溫度并且第一感受器材料不具有居里溫度,或者第一和第二感受器材料具有彼此不同的第一和第二居里溫度,氣溶膠形成基材的加熱和加熱的溫度控制可以分離。第一感受器材料可以關于熱損失和因此加熱效率進行優化,第二感受器材料可以關于溫度控制進行優化。第二感受器材料無需具有任何顯著的加熱特性。第二感受器材料可以選擇成具有對應于第一感受器材料的預定最大期望加熱溫度的居里溫度或第二居里溫度。如本文所使用,術語“第二居里溫度”指的是第二感受器材料的居里溫度。

更具體地,感受器可以包括具有第一居里溫度的第一感受器材料和具有第二居里溫度的第二感受器材料,第一感受器材料安置成熱鄰近于第二感受器材料。第二居里溫度可以低于第一居里溫度。

可以限定最大所需加熱溫度以使得避免氣溶膠形成基材的局部過熱或燃燒。包括第一和第二感受器材料的感受器可以具有整體結構且可以被稱為雙材料感受器或多材料感受器。第一和第二感受器材料的緊鄰可以具有提供準確溫度控制的優點。

第一感受器材料可以是具有高于約500℃的居里溫度的磁性材料。從加熱效率的觀點來看理想的是第一感受器材料的居里溫度高于感受器應當能夠加熱到的任何最大溫度。第二居里溫度可以選擇為低于約400℃、低于約380℃或低于約360℃。第二感受器材料可以是被選擇為具有與所需最大加熱溫度基本上相同的第二居里溫度的磁性材料。即,第二居里溫度可以與感受器應當加熱到以便從氣溶膠形成基材產生氣溶膠的溫度大約相同。第二居里溫度可以例如在約200℃到約400℃的范圍內或在約250℃與約360℃之間。

在一些實施方案中,第二感受器材料的第二居里溫度可以被選擇以使得在由處于等于第二居里溫度的溫度的感受器加熱后,氣溶膠形成基材的總體平均溫度不超過240℃。氣溶膠形成基材的總體平均溫度在此被定義為氣溶膠形成基材的中心區和外圍區中的若干溫度測量值的算術平均值。通過預先限定總體平均溫度的最大值,氣溶膠形成基材可調整為適合氣溶膠的最佳生產。

可以選擇第一感受器材料以得到最大加熱效率。位于波動磁場中的磁性感受器材料的感應加熱通過由于在感受器中感應的渦電流引起的電阻性加熱和由磁性滯后損耗生成的熱的組合而發生。

在一些實施方案中,第一感受器材料可以是具有超過400℃的居里溫度的鐵磁性金屬。第一感受器可以鐵或鐵合金,例如鋼,或鐵鎳合金。第一感受器材料可以是400系列不銹鋼,例如410級不銹鋼,或420級不銹鋼,或430級不銹鋼。

在其他實施方案中,第一感受器材料可以是合適的非磁性材料,例如鋁。在非磁性材料中,感應加熱僅通過由于渦電流引起的電阻性加熱而發生。

第二感受器材料可以選擇為具有在所希望的范圍內的可檢測居里溫度,例如在200℃與400℃之間的規定溫度。第二感受器材料還可以對感受器的加熱做出貢獻,但此性質沒有其居里溫度那么重要。第二感受器材料可以是鐵磁性金屬,例如鎳或鎳合金。鎳具有約354℃的居里溫度,其對于氣溶膠生成制品中的加熱的溫度控制可能是理想的。

第一和第二感受器材料可以熱鄰近,例如成緊密接觸而形成整體感受器。因此,第一和第二感受器材料當受熱時具有相同溫度??梢葬槍馊苣z形成基材的加熱進行優化的第一感受器材料可以具有高于任何預定最大加熱溫度的第一居里溫度。

當與特定感應器結合使用時感受器可以配置成消耗1瓦到8瓦之間、例如1.5瓦到6瓦之間的能量。通過配置,表示感受器可以包括特定的第一感受器材料并且可以具有特定的尺寸,當與生成已知頻率和已知場強的波動磁場的特定導體結合使用時其允許1瓦到8瓦之間的能量耗散。

具有第一感受器材料和第二感受器材料的合適的感受器在第wo-a1-2015177294a1號國際專利公開案中更詳細地描述。

氣溶膠生成制品還包括氣溶膠形成基材。氣溶膠形成基材可以是固體氣溶膠形成基材。氣溶膠形成基材可以包括固體和液體組分。

氣溶膠形成基材可包括尼古丁。在一些實施方案中,氣溶膠形成基材可以包括煙草。例如,氣溶膠形成材料可以由均質化煙草的薄片形成。氣溶膠形成基材可以是通過聚攏均質化煙草的薄片形成的桿。氣溶膠形成基材可以包括均質煙草材料的聚集紋理化薄片。氣溶膠形成基材可包括均質煙草材料的聚集卷曲薄片。

如本文使用的,術語‘均質煙草材料’指示通過使顆粒煙草聚結來形成的材料。如本文所使用,術語“片材”表示層狀元件,其具有寬度和顯著大于其厚度的長度。如本文中所使用,術語‘聚集’用于描述基本橫向于氣溶膠生成制品的縱向軸線卷繞、折疊或者壓縮或束緊的片材。當在本文中使用時,術語“紋理化片材”表示已折皺、凸印、凹印、穿孔或以另外方式變形的片材。如本文所使用,術語“軋紋片材”表示具有多個基本平行的隆脊或皺折的片材。

氣溶膠形成基材可以包括不含煙草的氣溶膠形成材料。例如,氣溶膠形成材料可以由包括尼古丁鹽和氣溶膠形成劑的薄片形成。

氣溶膠形成基材可以包括至少一種氣溶膠形成劑。如本文中所使用,術語‘氣溶膠形成劑’用于描述任何合適的已知化合物或化合物的混合物,所述化合物或化合物的混合物在使用中促進形成氣溶膠并且在氣溶膠生成制品的工作溫度下基本抵抗熱降解。合適的氣溶膠形成劑是此項技術中已知的。

如果氣溶膠形成基材是固體氣溶膠形成基材,那么固體氣溶膠形成基材可以包括(例如)粉末、顆粒、小丸、碎片、細條、條狀物或片材中的一種或更多種,所述片材含有草本植物葉、煙葉、煙草肋料、平展煙草和均質煙草中的一種或更多種。固體氣溶膠形成基材可以含有在加熱固體氣溶膠形成基材時釋放的煙草或非煙草揮發性香味化合物。固體氣溶膠形成基材也可以包含一或多個膠囊,所述膠囊例如包括另外的煙草揮發性芳香物化合物或非煙草揮發性芳香物化合物,且這種膠囊可以在加熱固體氣溶膠形成基材期間熔化。

固體氣溶膠形成基材可提供于熱穩定載體上或嵌入其中。

氣溶膠形成基材可以為塞的形式,所述塞包括由紙或其他包裝材料限定的氣溶膠形成材料。在氣溶膠形成基材為塞的形式的情況下,包括任何包裝材料的整個塞被認為是氣溶膠形成基材。一個或多個感受器可以是長形的,且一個或多個長形的感受器可以定位在塞內與氣溶膠形成材料成直接或緊密物理接觸。

氣溶膠形成基材可以具有至少約5mm的外徑。氣溶膠形成基材可以具有在約5mm與約12mm之間的外徑。在一些實施方案中,氣溶膠形成基材可以具有7.2mm+/-10%的外徑。

氣溶膠形成基材可以具有在約5mm與約15mm之間的長度。長形的感受器可以與氣溶膠形成基材是大約相同的長度。

氣溶膠形成基材可以是基本上圓柱形的。

氣溶膠生成制品還可以包括緊接在氣溶膠形成基材下游定位的支撐元件。支撐元件可以對接氣溶膠形成基材。

氣溶膠生成制品還可以包括位于氣溶膠形成基材下游的氣溶膠冷卻元件,例如氣溶膠冷卻元件可以緊接在支撐元件下游定位且可以對接支撐元件。氣溶膠冷卻元件可以位于支撐元件與銜嘴之間,所述銜嘴位于氣溶膠生成制品的最下游端。氣溶膠冷卻元件可以被稱為熱交換器。

氣溶膠生成制品可進一步包括位于氣溶膠生成制品的口端處的銜嘴。銜嘴可緊接地位于氣溶膠冷卻元件下游且可對接氣溶膠冷卻元件。煙嘴可以包括過濾嘴。過濾嘴可以由一種或更多種合適的過濾材料形成。許多這種過濾材料在本領域是已知的。在一個實施方案中,煙嘴可以包括由醋酸纖維素絲束形成的過濾嘴。

氣溶膠生成制品的元件,例如氣溶膠形成基材和氣溶膠生成制品的任何其他元件,例如支撐元件、氣溶膠冷卻元件和銜嘴,可以由外包裝材料包圍。外包裝材料可由任何合適的材料或材料的組合形成。外包裝材料可以是卷煙紙。

氣溶膠生成制品可以具有在約5毫米與約12毫米之間、例如在約6毫米與約8毫米之間的外徑。氣溶膠生成制品可以具有7.2毫米+/-10%的外徑。

氣溶膠生成制品可以具有在約30毫米與約100毫米之間的總長度。氣溶膠生成制品可以具有在40mm與50mm之間、例如約45毫米的總長度。

根據本發明的第三方面,提供一種用于操作根據本發明的第一方面的感應加熱裝置的方法。所述方法包括:

當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時,經由dc/ac轉換器從dc電源將電力供應到感應器以用于加熱氣溶膠生成制品的感受器,所述電力供應是在由時間間隔分隔開的多個脈沖中提供的,這些脈沖包括兩個或更多個加熱脈沖以及連續加熱脈沖之間的一個或多個探測脈沖;以及

基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

在一些實施方案中,該方法可包括:

在第一加熱脈沖和第二加熱脈沖中向感應器供應電力,第二加熱脈沖與第一加熱脈沖分隔開一定的時間間隔;

在第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔內在一個或多個探測脈沖中向感應器供應電力;

測量在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流;以及

基于在第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間在所述一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的測量結果,確定第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

該方法可以包括在第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔中供應一個或多個探測脈沖。每個探測脈沖可以具有基本上等于探測脈沖持續時間的持續時間。在將兩個或更多個探測脈沖供應給感應器的情況,每個連續探測脈沖可以被基本上等于探測脈沖時間間隔持續時間的時間間隔分隔開。

在一個示例性實施方案中,該方法可以包括:

在第一加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力;

中斷到感應器的電力供應以結束第一加熱脈沖;

在從第一加熱脈沖的結束起的探測脈沖時間間隔過去之后,在第一探測脈沖中向感應器供應電力;

測量在第一探測脈沖中從dc電源供應的電流;

在從第一探測脈沖的起始計的探測脈沖持續時間過去之后,中斷到感應器的電力供應以結束第一探測脈沖;

在從第一探測脈沖的結束起的探測脈沖時間間隔持續時間過去之后,在第二探測脈沖中向感應器供應電力;

測量在第二探測脈沖中從dc電源供應的電流;以及

在從第二探測脈沖的起始計的探測脈沖持續時間過去之后,中斷到感應器的電力供應以結束第二探測脈沖。

該方法可以包括在從第一加熱脈沖的結束起的確定的時間間隔過去之后,在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。該方法可以包括在從第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的該系列探測脈沖中的最后探測脈沖的結束起的探測脈沖時間間隔持續時間過去之后,在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。

可以在探測脈沖中的任何合適的時間測量脈沖中測量在每個探測脈沖中從dc電源供應的電流。在一些實施方案中,可以在探測脈沖的起始處測量電流。在一些實施方案中,可以在探測脈沖的結束處測量每個探測脈沖中的電流。換句話說,可以測量每個探測脈沖的最終電流。在一些實施方案中,可以在每個探測脈沖上進行兩個或更多個電流測量。

在一些實施方案中,確定第一和第二連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間可以包括:將一個或多個目標條件存儲在電源電子器件的存儲器上;將在所述一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果與所述一個或多個目標條件進行比較;以及基于該比較確定第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

在一些實施方案中,確定第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間還包括:比較在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果;如果在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果與目標條件匹配,則在第二加熱脈沖中向感應器供應電力。

在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件可以包括條件或目標系列。例如,在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件可以包括:

在第一對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間減??;

在第二對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間增加;以及

在第二對連續探測脈沖處或之后從dc電源供應的電流等于或大于參考電流值。

在一些實施方案中,該方法包括:在電源電子器件的存儲器上存儲參考最大時間間隔;以及當在第一加熱脈沖結束之后參考最大時間間隔已經過去時,在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。

在一些實施方案中,該方法可以包括基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流和dc電源兩端的電壓的一個或多個測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

在這些實施方案中,該方法可包括:

根據在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流和dc電源兩端的電壓的一個或多個測量結果確定電導值;

基于電流和電壓的一個或多個測量結果確定一個或多個電導值;以及

基于一個或多個確定的電導值控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

可以通過計算電流的一個或多個電流測量結果與電壓的一個或多個測量結果的商來確定一個或多個電導值。

根據本發明的第四方面,提供一種用于操作根據本發明的第一方面的感應加熱裝置的方法,其中感應加熱裝置被配置成接納包括感受器的氣溶膠生成制品,所述感受器包括第一感受器材料和第二感受器材料,第一感受器材料安置成熱鄰近于第二感受器材料,且第二感受器材料具有低于500℃的居里溫度。所述方法包括:

當氣溶膠生成制品由感應加熱裝置接納時,經由dc/ac轉換器從dc電源供應電力到感應器以用于在第一加熱脈沖中加熱氣溶膠生成制品的感受器;

確定由dc電源供應的電流何時處于最小電流值;

確定由dc電源供應的電流何時處于最大電流值;

當確定最大電流值以結束第一加熱脈沖時,中斷從dc電源到感應器的電力供應;

在從第一加熱脈沖結束起的探測脈沖時間間隔過去之后,在一個或多個探測脈沖中從dc電源向感應器供應電力,每個探測脈沖具有基本上等于探測脈沖持續時間的持續時間,并且連續探測脈沖由時間間隔分隔開,所述時間間隔具有基本上等于探測脈沖時間間隔持續時間的持續時間;

測量在每個探測脈沖中從dc電源供應的電流;

基于在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果,確定第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔;以及

當在第一加熱脈沖結束之后已確定的時間間隔過去時,在第二加熱脈沖中從dc電源向感應器供應電力。

在一些實施方案中,確定第一加熱脈沖和第二加熱脈沖之間的時間間隔包括:在電源電子器件的存儲器上存儲一個或多個目標條件;以及比較在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流的一個或多個測量結果。

在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件是參考電流,并且該方法包括:如果電流的一個或多個測量結果等于或大于參考電流,則在第二加熱脈沖中從dc電源向電感器供應電流。

在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件可以包括條件或目標序列或系列。電源電子器件可以被配置成將來自連續探測脈沖的電流的連續測量結果依次與目標條件的系列或序列中的每一個進行比較。例如,在一些實施方案中,存儲在電源電子器件的存儲器上的目標條件序列可以包括:

在第一對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間減??;

在第二對連續探測脈沖中從dc電源供應的電流在連續探測脈沖之間增加;以及

在第二對連續探測脈沖處或之后從dc電源供應的電流等于或大于參考電流值。

在一些實施方案中,參考電流值可以是第一加熱脈沖的最小電流值。在這些實施方案中,該方法可以包括將第一加熱脈沖的最小電流值存儲為目標條件。

根據本發明的第五方面,提供一種用于根據本發明的第一方面的感應加熱裝置的控制系統。該控制系統可以包括微控制器,微控制器被編程為執行根據本發明的第三方面或第四方面的任何方法步驟。

將了解,關于本發明的一個方面描述的特征可以單獨地或與本發明的其他所描述的方面和特征組合地應用于本發明的任何其他方面。

將了解,在本文中每當術語“約”與特定值結合使用時,術語“約”之后的值由于技術考慮而不必正好是所述特定值。然而,本文與特定值結合使用的術語“約”將被理解為包含并且還明確地披露術語“約”之后的特定值。

附圖說明

關于一個方面或實施方案描述的特征也可適用于其他方面和實施方案?,F在將參照圖式來描述具體實施方案,其中:

圖1a是根據本發明的實施方案的用于氣溶膠生成系統的氣溶膠生成制品中的感受器的平面圖;

圖1b是圖1a的感受器的側視圖;

圖2a是用于根據本發明的另一實施方案的氣溶膠生成系統的氣溶膠生成制品中的另一感受器的平面圖;

圖2b是圖2a的感受器的側視圖;

圖3是并入有如圖2a和2b中所圖示的感受器的氣溶膠生成制品的具體實施方案的示意橫截面說明;

圖4是用于與圖3中所示出的氣溶膠生成制品一起使用的電操作氣溶膠生成裝置的具體實施方案的示意橫截面說明;

圖5是與圖4的電操作氣溶膠生成裝置接合的圖3的氣溶膠生成制品的示意橫截面說明;

圖6是示出關于圖4描述的氣溶膠生成裝置的電子組件的框圖;

圖7是圖3的感應加熱裝置的電力電子器件的組件的示意圖;

圖8是圖7的電力電子器件的lc負載網絡的感應器的示意圖,其包括負載的電感和歐姆電阻;

圖9是說明當感受器材料經歷與其居里點相關聯的相變時發生的遠程可檢測電流改變的電流-時間關系曲線;

圖10是示出根據本發明的基于加熱脈沖之間的探測脈沖電流的測量結果來控制連續加熱脈沖之間的時間段的持續時間的電流-時間關系曲線;以及

圖11是示出連續加熱脈沖之間的多個探測脈沖的電流-時間關系曲線。

圖1a和圖1b示出根據本發明的實施方案的用于在氣溶膠生成系統的氣溶膠生成制品中使用的一體式多材料感受器的特定實例。感受器1呈長形的條帶的形式,具有12mm的長度和4mm的寬度。感受器由緊密耦合到第二感受器材料3的第一感受器材料2形成。第一感受器材料2呈430級不銹鋼的條帶的形式,具有12mm乘4mm乘35微米的尺寸。第二感受器材料3是尺寸為3mm乘2mm乘10微米的鎳的補片。鎳補片已電鍍到不銹鋼條帶上。430級不銹鋼是具有超過400℃的居里溫度的鐵磁材料。鎳是具有約354℃的居里溫度的鐵磁材料。

具體實施方式

將了解,在本發明的其他實施方案中,形成第一和第二感受器材料的材料可以改變。還將了解,在本發明的其他實施方案中,可存在與第一感受器材料成緊密物理接觸而定位的第二感受器材料的多于一個補片。

圖2a和圖2b示出根據本發明的另一個實施方案的用于在氣溶膠生成系統的氣溶膠生成制品中使用的一體式多材料感受器的第二特定實例。感受器4呈長形的條帶的形式,具有12mm的長度和4mm的寬度。感受器由緊密耦合到第二感受器材料6的第一感受器材料5形成。第一感受器材料5呈430級不銹鋼的條帶的形式,具有12mm乘4mm乘25微米的尺寸。第二感受器材料6呈鎳的條帶的形式,具有12mm乘4mm乘10微米的尺寸。通過將鎳的條帶6包覆到不銹鋼的條帶5形成感受器。感受器的總厚度為35微米。圖2的感受器4可以被稱為雙層或多層感受器。

圖3說明了根據本發明的實施方案的氣溶膠生成系統的氣溶膠生成制品10;氣溶膠生成制品10包括同軸對準地布置的四個元件:氣溶膠形成基材20、支撐元件30、氣溶膠冷卻元件40和銜嘴50。這四個元件中的每一個為基本上圓柱形元件,各自具有基本上相同的直徑。這四個元件順序地布置,且由外包裝材料60包圍以形成圓柱形桿。長形的雙層感受器4位于氣溶膠形成基材內,與氣溶膠形成基材成緊密物理接觸。感受器4是上面關于圖2所述的感受器。感受器4具有與氣溶膠形成基材的長度約相同的長度(12mm),并且沿著氣溶膠形成基材的徑向中心軸線定位。

氣溶膠生成制品10具有吸煙者在使用期間插入其口中的近端或口端70,和位于氣溶膠生成制品10的與口端70相對的端部的遠端80。一旦組裝,氣溶膠生成制品10的總長度為大約45mm,并且直徑為大約7.2mm。

在使用中,空氣由使用者從遠端80通過氣溶膠生成制品抽吸到口端70。氣溶膠生成制品的遠端80也可被描述為氣溶膠生成制品10的上游端,且氣溶膠生成制品10的口端70也可被描述為氣溶膠生成制品10的下游端。位于口端70與遠端80之間的氣溶膠生成制品10的元件可被描述為在口端70上游,或者在遠端80下游。

氣溶膠形成基材20位于氣溶膠生成制品10的最遠端或上游端80。在圖3中所說明的實施方案中,氣溶膠形成基材20包括由包裝材料包圍的卷曲均質化煙草材料的聚集薄片。均質煙草材料的軋紋片材包括作為氣溶膠形成劑的甘油。

支撐元件30緊接地位于氣溶膠形成基材20的下游,并且鄰接氣溶膠形成基材20。在圖3中所示的實施方案中,所述支撐元件是中空乙酸纖維素管。支撐元件30將氣溶膠形成基材20定位在氣溶膠生成制品的最遠端80處。支撐元件30還用作使氣溶膠生成制品10的氣溶膠冷卻元件40與氣溶膠形成基材20間隔開的間隔件。

氣溶膠冷卻元件40緊接地定位在支承元件30的下游并且抵靠支承元件30。在使用中,從氣溶膠形成基材20釋放的揮發性物質沿著氣溶膠冷卻元件40朝向氣溶膠生成制品10的口端70穿行。揮發性物質可以在氣溶膠冷卻元件40內冷卻以形成由吸煙者吸入的氣溶膠。在圖3中所說明的實施方案中,氣溶膠冷卻元件包括被包裝材料90包圍的聚乳酸的卷曲和聚集薄片。卷曲和聚集的聚乳酸片材限定沿著氣溶膠冷卻元件40的長度延伸的多個縱向通道。

煙嘴50緊接地定位在氣溶膠冷卻元件40的下游并且抵靠氣溶膠冷卻元件40。在圖3中所說明的實施方案中,銜嘴50包括常規的具有低過濾效率的乙酸纖維素絲束過濾器。

為了組裝氣溶膠生成制品10,對準上文所描述的四個圓柱形元件,并且使其緊緊地包裝在外包裝材料60內。在圖3中所示出的實施方案中,外包裝材料是常規卷煙紙。感受器4可以在用于形成氣溶膠形成基材的過程期間、在組裝所述多個元件以形成桿之前插入氣溶膠形成基材20中。

關于圖3所述的具體實施方案包括由均質化煙草形成的氣溶膠形成基材。然而,將了解,在其他實施方案中氣溶膠形成基材可以由不同材料形成。例如,氣溶膠生成制品的第二具體實施方案具有與上面關于圖3的實施方案所述的相同的元件,區別在于氣溶膠形成基材20由已浸泡在包括尼古丁丙酮酸鹽、甘油和水的液體調配物中的卷煙紙的非煙草薄片形成。卷煙紙吸收液體制劑,因此非煙草薄片包括尼古丁丙酮酸、甘油和水。甘油與尼古丁的比率是5:1。在使用中,氣溶膠形成基材20被加熱到大約220攝氏度的溫度。在此溫度下,形成包括尼古丁丙酮酸鹽、甘油和水的氣溶膠,并且通過過濾器50吸到使用者的口中。應當注意基材20加熱到的溫度明顯低于從煙草基材形成氣溶膠所需的溫度。因此,在此類實施方案中,第二感受器材料可以是具有比鎳低的居里溫度的材料。例如,可以選擇適當的鎳合金。

圖3中所示的氣溶膠生成制品10設計成與包括感應線圈或感應器的電操作成煙裝置接合以便由使用者消耗。

在圖4中示出電操作氣溶膠生成裝置100的示意性橫截面圖。根據本發明,氣溶膠生成裝置100是感應加熱裝置。電操作氣溶膠生成裝置100包括基本上圓形圓柱形殼體11,其基本上容納裝置的組件。氣溶膠生成裝置100包括感應器110。如圖4中所示,感應器110鄰近氣溶膠生成裝置100的基材接收室130的遠側部分131定位。在使用中,使用者將氣溶膠生成制品10插入氣溶膠生成裝置100的基材接收室130中,使得氣溶膠生成制品10的氣溶膠形成基材20位于感應器110附近。

氣溶膠生成裝置100包括允許致動感應器110的電池150和電源電子器件160。這樣的致動可以手動操作或可以響應于使用者抽吸插入到氣溶膠生成裝置100的基材接收室130中的氣溶膠生成制品10而自動發生。電池150是dc電源,并且供應電流和dc電壓。電源電子器件160包含dc/ac轉換器或反相器162,用于為感應器110供應高頻ac電流,如稍后更詳細描述。電池150通過合適的電連接152電連接到電源電子器件。

圖5示出與電操作氣溶膠生成裝置100接合的氣溶膠生成制品10。當致動裝置100時,高頻交變電流穿過形成感應器110的一部分的線圈。這導致感應器110在裝置的基材接收腔130的遠側部分131內生成波動電磁場。電磁場可以在約1mhz與約30mhz之間、在約2mhz與約10mhz之間或在約5mhz與約7mhz之間的頻率波動。當氣溶膠生成制品10正確地定位在基材接收腔130中時,制品10的感受器4位于此波動電磁場內。波動場在感受器內生成渦電流,這會升高感受器4的溫度。在感受器4內的磁性滯后損耗提供進一步加熱。熱量主要通過傳導從受熱的感受器4傳遞到氣溶膠生成制品10的氣溶膠形成基材20。受熱的感受器4將氣溶膠形成基材20加熱到足夠溫度以形成氣溶膠。氣溶膠通過氣溶膠生成制品10在下游被抽吸,并且被使用者吸入。

圖6是示出關于圖4描述的氣溶膠生成裝置100的電子組件的框圖。氣溶膠生成裝置100包括dc電源150(電池)、微控制器(微處理器控制單元)161、dc/ac轉換器或反相器162、用于適應負載的匹配網絡163,以及感應器110。微處理器控制單元161、dc/ac轉換器或反相器162和匹配網絡163全部是電源電子器件160的一部分。從dc電源150汲取的dc電源電壓vdc和電流idc通過反饋通道提供到微處理器控制單元161。這可以通過測量從dc電源150汲取的dc電源電壓vdc和電流idc兩者以控制ac功率pac到感應器110的進一步供應。

將了解,可以提供匹配網絡163用于電源電子器件160到氣溶膠生成制品10的負載的最佳適配,但這不是必要的。在其他實施方案中,電子器件可以不具備匹配網絡。

圖7示出電源電子器件160、更確切地說dc/ac轉換器162的一些組件。如從圖7可以看出,dc/ac轉換器162包括包含晶體管開關1620的e類功率放大器,所述晶體管開關包括場效應晶體管(fet)1621,例如金屬氧化物半導體場效應晶體管(mosfet),由箭頭1622指示的用于將切換信號(柵極-源極電壓)供應到fet1621的晶體管開關供應電路,以及包括并聯電容器c1以及電容器c2和感應器l2的串聯連接的lc負載網絡1623。另外,示出包括扼流器l1的dc電源150用于供應dc電源電壓vdc,其中在操作期間從dc電源150汲取電流idc。圖8中示出表示總歐姆負載1624的歐姆電阻r,其為感應器l2的歐姆電阻r線圈和感受器4的歐姆電阻r負載的總和。

e類功率放大器的一般工作原理是已知的且詳細地描述于文章“e類rf功率放大器”(nathan0sokal,雙月刊qex中公布,2001年1月/2月版本,第9-20頁,美國無線電中繼聯盟(arrl),美國康涅狄格州紐因頓)中以及較早提到的wo-a1-2015/177255、wo-a1-2015/177256和wo-a1-2015/177257中。

由于組件的數目非常少,因此電源電子器件160的體積可以保持為極小。例如,電源電子器件的體積可以等于或小于2cm3。由于lc負載網絡1623的感應器l2被直接用作用于感應耦合到氣溶膠形成制品的感受器4的感應器110,因此電源電子器件的此極小體積是可能的,且此小體積允許保持整個裝置1的總體尺寸較小。在除感應器l2外的單獨感應器用于感應耦合到感受器21的實施方案中,這將必定增加電源電子器件的大小。通過提供匹配網絡163,電源電子器件的大小也增加。

在電操作氣溶膠生成系統的操作期間,感應器100生成高頻交變磁場,其在感受器4中感應渦電流。由于氣溶膠生成制品10的感受器4在操作期間受熱,因此感受器的表觀電阻(ra)隨著感受器110的溫度增加而增加。表觀電阻ra的此增加由電源電子器件160通過測量從dc電源150汲取的電流idc而遠程檢測,所述電流在恒定電壓下隨著感受器的溫度和表觀電阻ra增加而減小。

由感應器110提供的高頻交變磁場緊鄰感受器表面感應渦電流。感受器中的電阻部分地取決于第一和第二感受器材料的電阻率且部分地取決于可用于感應渦電流的每種材料中的皮膚層的深度。當第二感受器材料6(鎳)到達其居里溫度時它失去其磁性質。這導致第二感受器材料6中可用于渦電流的皮膚層的增加,這導致感受器的表觀電阻的減小。當第二感受器材料到達其居里點時這導致檢測到的從dc電源150汲取的電流idc的臨時增加。這可在圖9的曲線圖中見到。

電源電子器件160被配置成從電源150向感應器110供應一系列連續功率脈沖。特別地,電源電子器件160被配置成在由時間間隔分隔開的一系列加熱脈沖以及在多個探測脈沖系列中向感應器110供應電力,每個系列的探測脈沖在連續加熱脈沖之間的時間間隔之一中被供應給感應器。

圖10示出在裝置1的操作期間從dc電源150到感應器110的一系列連續功率脈沖的曲線圖。特別地,圖10示出了由時間間隔δth1至δth7分隔開的一系列加熱脈沖ph1至ph7以及多個探測脈沖系列pp1至pp7。如圖10所示,在系列中連續的一對加熱脈沖phn、phn+1之間的每個時間間隔δthn中,一系列探測脈沖ppn被供應給感應器110。

從圖10中可以看出,每個加熱脈沖phn的持續時間、連續加熱脈沖phn、phn+1之間的每個時間間隔δthn的持續時間和連續加熱脈沖之間的探測脈沖的數量是可變的(即不固定)。所有這些方面的持續時間取決于由dc電源150在脈沖中供應的電流的測量結果,如下面更詳細地描述的。

如上所述,由dc電源150供應給感應器110的電流指示耦合到感應器110的感受器4的溫度。電源電子器件160被配置成測量從dc電源150供應到感應器110的電流。

電源電子器件160通常被配置成通過確定每個加熱脈沖的最大電流idcmax來控制每個加熱脈沖phn的持續時間。最大電流idcmax指示感受器4高于第二居里溫度且第二感受器材料的相變已經發生。因此,在檢測到dc電源150供應最大電流idcmax時,電源電子器件160被配置成中斷從dc電源150到感應器110的電力供應,以結束加熱脈沖。這避免了感受器4使氣溶膠生成制品10中的氣溶膠形成基材過熱。

在一些實施方案中,電源電子器件160還可以被配置成確定每個加熱脈沖的最小電流idcmin。電源電子器件160可以被進一步配置成存儲所確定的最小電流idcmin以用作參考電流值,如稍后更詳細地描述的。

在每個加熱脈沖phn結束時,電源電子器件160被配置成在一系列探測脈沖ppn中從dc電源150向感應器110供應電力。在每個加熱脈沖phn結束時,電源電子器件160被配置成供應一系列探測脈沖ppn中的第一探測脈沖ppn,1。電源電子器件160被配置成在從加熱脈沖phn結束起探測脈沖時間間隔持續時間δtpi已經過去之后,在第一探測脈沖ppn,1中向感應器110供應電力。電源電子器件160被配置成在探測脈沖持續時間δtp內向感應器110供應電力。探測脈沖持續時間δtp和探測脈沖時間間隔持續時間δtpi存儲在電源電子器件的存儲器中。在該實施方案中,探測脈沖持續時間δtp約為10毫秒,并且探測脈沖時間間隔持續時間δtpi約為90毫秒。

在探測脈沖持續時間δtp過去之后,電源電子器件160被配置成測量從dc電源150供應的電流ipn,1。在已經進行電流測量之后,電源電子器件160被配置成中斷來自dc電源150的電力供應以結束第一探測脈沖ppn,1。

電源電子器件160被進一步配置成將測量的電流ipn,1與存儲在電源電子器件的存儲器中的一個或多個目標條件進行比較。電源電子器件160被配置為繼續在一系列探測脈沖ppn,n中向感應器110供應電力,直到探測脈沖中測量的電流匹配目標條件,或者直到加熱脈沖之后的時間間隔達到預先確定的最大值,如下面更詳細地描述的。

電源電子器件160被配置成使得一系列探測脈沖ppn中的所有探測脈沖ppn,n具有相同的持續時間(即探測脈沖持續時間δtp),并且該系列中的連續探測脈沖分隔開相同的時間間隔(即探測脈沖時間間隔δtpi)。此外,供電電子設備被配置成使得在每個探測脈沖處在探測脈沖中的相同點處測量電流,在該實施方案中,該點在探測脈沖的結束處。圖11比圖10更詳細地示出了在兩個連續加熱脈沖phn、phn+1之間的一系列探測脈沖ppn中的三個探測脈沖ppn,1、ppn,2和ppn,3。

電源電子器件160被配置成將該系列探測脈沖ppn中的每個探測脈沖ppn,n中的電流ipn,n的測量結果與一個或多個目標條件進行比較。在該實施方案中,目標條件序列被存儲在電源電子器件160的存儲器中。所存儲的目標條件序列的第一條件是第一對連續探測脈沖的電流測量結果在連續探測脈沖之間減小。所存儲的目標條件序列的第二條件是第二對連續探測脈沖的電流測量結果在連續探測脈沖之間增加。當在該系列探測脈沖中發生該電流測量結果序列時,其指示在探測脈沖中測量的電流已達到該系列中的最小值,這指示感受器4已經在前一個加熱脈沖之后充分冷卻,以啟動該系列中的下一個加熱脈沖。因此,在該實施方案中,在可以滿足目標條件序列之前,需要至少三個探測脈沖。電源電子器件可以被配置成允許感受器冷卻至任何合適的溫度。通常,電源電子器件被配置成允許感受器冷卻至約250℃。

可以使用圖11所示的探測脈沖來提供滿足目標條件的一系列探測脈沖ppn的實例。在第一探測脈沖ppn,1中測量的電流ipn,1可以大于在第二連續探測脈沖ppn,2中測量的電流ipn,2。這表示第一對連續探測脈沖之間的電流減小,并且滿足序列的第一條件。在第二探測脈ppn,2中測量的電流ipn,2可以小于在第三連續探測脈沖ipn,3中測量的電流ipn,3。這表示第二對連續探測脈沖之間的電流增加,并且滿足序列的第二和最后條件。因此,在從第二探測脈沖ppn,2結束起基本上等于探測脈沖時間間隔持續時間δtpi的時間段過去之后,電源電子器件160可以被配置成在該系列中的下一個連續加熱脈沖phn+1中向感應器110供應電力。

在該實施方案中,連續加熱脈沖phn、phn+1之間的時間間隔的持續時間δthn基本上等于每個探測脈沖的持續時間δtp和連續加熱脈沖phn、phn+1之間的探測脈沖時間間隔δtpi的總和。

在每個探測脈沖中測量的電流受耦合到感應器110的感受器4的溫度影響。因此,可以設置一個或多個目標條件,使得感受器4的溫度對于該系列中的下一個加熱脈沖起始處的氣溶膠生成是最佳的。在該實施方案中,連續加熱脈沖之間的較長時間間隔導致在滿足目標條件之前在連續加熱脈沖之間生成更大數量的探測脈沖。

預先確定的最大時間間隔持續時間還存儲在電源電子器件160的存儲器中。電源電子器件160被配置成監測加熱脈沖結束之后的時間間隔的持續時間,并且將該時間間隔持續時間與預先確定的最大時間間隔持續時間進行比較。當時間間隔持續時間基本上等于或大于預先確定的最大時間間隔持續時間時,電源電子器件160被配置成在該系列中的下一個加熱脈沖中向感應器110供應電力。在該實施方案中,預先確定的最大時間間隔持續時間約為4.5s。因此,連續加熱脈沖之間的最大時間間隔約為4.5s。

通過監測探測脈沖中的電流(隨著感受器被允許在加熱脈沖之間的時間間隔內冷卻)監測感受器4的溫度使得電源電子器件160能夠主動調節感受器的加熱,以補償感受器溫度的意外變化。感受器溫度的意外變化可能有多種原因。例如,如果使用者在氣溶膠生成制品上進行若干次快速抽吸,感受器可被快速冷卻,這可能需要電源電子器件160在連續加熱脈沖之間提供相對短的時間間隔,以將感受器的溫度升高或保持在期望的溫度范圍內。相反,在另一個實例中,如果使用者未在氣溶膠生成制品上進行抽吸,則可能需要電源電子器件160在連續加熱脈沖之間提供相對長的時間間隔,使得感受器在連續加熱脈沖之間的時間間隔內以較慢的速率冷卻。

應當理解,在其他實施方案中,可以將在探測脈沖中獲得的電流的測量結果與其他目標條件進行比較。特別地,在一些實施方案中,電源電子器件160可以被配置成將該系列探測脈沖ppn中的每個探測脈沖ppn,n中的電流ipn,n的測量結果與上述第一條件和第二條件以及第三和最終條件進行比較。第三條件可以是在第二對連續探測脈沖對處或之后測量的電流等于或大于參考電流值。參考電流值可以是針對先前的加熱脈沖確定的最小電流idcmin,并且被存儲在電源電子器件160的存儲器中。當測量的電流值基本上等于針對前一個加熱脈沖確定的最小電流idcmin(即存儲的參考電流值)時,這可以提供進一步指示即感受器4在前一個加熱脈沖之后已經充分冷卻,以啟動該系列中的下一個加熱脈沖。

可以使用圖11所示的探測脈沖再次提供滿足目標條件的一系列探測脈沖ppn的實例。在該實例中,在第三探測脈沖ppn,3中測量的電流ipn,3可以大于存儲在電源電子器件160的存儲器中的參考最大電流。在該實例中,這將滿足目標條件序列中的第三和最后條件,并且電源電子器件160可以被配置成在探測脈沖時間間隔已經過去之后,在該系列中的下一個連續加熱脈沖中向感應器110供應電力。

上文描述的示例性實施方案并不希望限制權利要求書的范圍。與上述示例性實施方案一致的其他實施方案對于本領域技術人員來說將是顯而易見的。

例如,在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成測量在一個或多個探測脈沖中從dc電源供應的電流和dc電源兩端的電壓,基于電流和電壓的一個或多個測量結果確定一個或多個電導值,并且基于一個或多個確定的電導值控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。電源電子器件可以被配置成通過計算電流測量結果和電壓測量結果的商來確定電導值。在一些實施方案中,電源電子器件可以被配置成將一個或多個確定的電導值與一個或多個目標條件進行比較,并且基于該比較控制連續加熱脈沖之間的時間間隔的持續時間。

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