ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРООБРАЗОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК A24F47/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее раскрываемое изобретение относится к электронным системам для обеспечения парообразования, таким как электронные системы для доставки никотина (например, электронные сигареты).

Уровень техники

Электронные системы для обеспечения парообразования, такие как электронные сигареты и другие системы для доставки аэрозоля, обычно содержат резервуар с жидкостью, которая должна испаряться, как правило, такой жидкостью является никотин (такая жидкость иногда определяется как «e-liquid» «жидкость для электронных сигарет»). Когда пользователь производит вдох через устройство, электрический (например, резистивный) нагреватель активизируется, чтобы испарять небольшое количество жидкости, в результате создавая аэрозоль, который, вследствие этого, вдыхается пользователем. Жидкость может содержать никотин в растворителе, таком как этанол или вода, вместе с глицерином или пропилен гликолем, чтобы способствовать образованию аэрозоля, а также может включать в себя один или более дополнительных ароматизаторов. Специалист в данной области техники будет принимать во внимание множество различных составов жидкости, которая может использоваться в электронных сигаретах и других подобных устройствах.

Электронная сигарета может иметь интерфейс, чтобы поддерживать внешний обмен данными. Этот интерфейс может использоваться, например, для загрузки параметров управления, и/или обновлённого программного обеспечения на электронную сигарету из внешнего источника. Альтернативно или дополнительно, интерфейс может использоваться для разгрузки данных из электронной сигареты во внешнюю систему. Выгружаемые данные могут, например, представлять параметры для пользования электронной сигаретой, неисправные состояния, и т.д. Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание множество других форм данных, обмен которыми может производиться между электронной сигаретой и одной или более внешних систем (которые могут быть и другой электронной сигаретой).

В некоторых случаях интерфейс для электронной сигареты, предназначенный для выполнения обмена данными с внешней системой, основывается на проводном соединении, таком как соединение USB (универсальная последовательная шина), использующее микро, мини или обычное соединение USB в электронной сигарете. Интерфейс для электронной сигареты, предназначенный для выполнения обмена данными с внешней системой, также может основываться на беспроводном соединении. Такое беспроводное соединение имеет определённые преимущества по сравнению с проводным соединением. Например, пользователю не нужны какие-либо дополнительные подключения кабеля для создания такого соединения. Кроме того, пользователь имеет большую гибкость с точки зрения перемещения при установке соединения и радиуса действия при спаривании устройств.

Следует отметить, что многие электронные сигареты уже обеспечивают поддержку для интерфейса USB, для того чтобы позволять перезарядку электронной сигареты. Соответственно, дополнительное использование такого проводного интерфейса также обеспечивает обмен данными относительно прямым способом. Однако ситуация для обеспечения беспроводного информационного соединения является более сложной.

Сущность изобретения

Изобретение определяется в прилагаемой формуле изобретения.

Обеспечиваемая здесь электронная система для обеспечения парообразования содержит электрический нагреватель для испарения жидкости, чтобы образовывать аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования, и коммуникационный интерфейс для обеспечения беспроводного обмена данными. Коммуникационный интерфейс выполнен таким образом, чтобы использовать нагреватель в качестве антенны для беспроводного обмена данными.

Также обеспечивается блок управления для такой электронной системы для обеспечения парообразования.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является схематической диаграммой (в разобранном виде) электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения.

Фиг. 2 является схематической диаграммой главных электрических/ электронных компонентов электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения.

Фиг. 3 является упрощённой схематической диаграммой процессора электронной сигареты, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения.

Фиг. 4 является схематической диаграммой беспроводного обмена данными между электронной сигареты, показанной на фиг. 1, и смартфоном.

Фиг. 5 является схематической диаграммой (в разобранном виде) картомайзера электронной сигареты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения.

Фиг. 6 является схематической диаграммой (в разобранном виде) испарителя из картомайзера, показанного на фиг. 5, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения.

Подробное описание

Как описывалось выше, настоящее раскрываемое изобретение относится к электронным системам для обеспечения парообразования, таким как электронные сигареты. В последующей части описания используется термин «электронная сигарета». Однако этот термин может использоваться взаимозаменяемо с электронной системой для обеспечения парообразования, устройством для доставки аэрозоля, и другой подобной технологией.

Фиг. 1 является схематической диаграммой (в разобранном виде) электронной сигареты 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения (не в масштабе). Электронная сигарета содержит корпус или блок 20 управления и картомайзер 30. Картомайзер 30 включает в себя резервуар 38 с жидкостью, обычно включающую в себя никотин, нагреватель 36 и мундштук 35 для курения. Электронная сигарета 10 имеет продольную или цилиндрическую ось, которая проходит вдоль центральной линии электронной сигареты от мундштука 35 на одном конце картомайзера 30 до противоположного конца блока 20 управления (обычно определяемого как наконечник). Эта продольная ось показана на фиг. 1 с помощью пунктирной линии, обозначенной LA.

Резервуар 38 с жидкостью в картомайзере может удерживать жидкость для электронной сигареты непосредственно в жидкой форме, или может использовать какую-либо абсорбирующую структуру, такую как матрицу из пены или хлопковый материал, и т.д., в качестве удерживающей структуры для жидкости. Затем жидкость подаётся из резервуара 38, чтобы подаваться к испарителю, содержащему нагреватель 36. Например, жидкость может протекать с помощью капиллярного действия из резервуара 38 к нагревателю 36 через фитилёк (не показан на фиг. 1).

В других устройствах жидкость может обеспечиваться в форме растительного материала или некоторого другого материала (по видимости* твёрдого), производного от растительного. В этом случае жидкость может рассматриваться как представляющая летучие компоненты в материале, которые испаряются при нагревании материала. Следует отметить, что устройства, содержащие этот тип материала, в общем не требуют использования фитилька для транспортировки жидкости к нагревателю, но до некоторой степени обеспечивают подходящее расположение нагревателя по отношению к материалу, чтобы обеспечивать подходящее нагревание.

Блок 20 управления включает в себя перезаряжаемую ячейку или батарею 54, чтобы обеспечивать электропитание для электронной сигареты 10 (в дальнейшем определяется как батарея) и печатную плату (РСВ) 28, и/или другую электронику для общего управления электронной сигаретой.

Блок 20 управления и картомайзер 30 могут отсоединяться друг от друга, как показано на фиг. 1, но соединяются вместе, когда устройство 10 находится в использовании, например, с помощью винтового или байонетного соединителя. Соединители на картомайзере 30 и блоке 20 управления схематически обозначаются на фиг. 1, соответственно, как 31В и 21А. Это соединение между блоком управления и картомайзером обеспечивается для механической и электрической соединяемости между этими двумя компонентами.

Когда блок управления отсоединяется от картомайзера, электрическое соединение 21А на блоке управления, которое используется для подсоединения к картомайзеру также может служить в качестве контактного гнезда для присоединения зарядного устройства (не показано). Другой конец этого зарядного устройства может вставляться в контактное гнездо USB, чтобы перезаряжать батарею 54 в блоке управления электронной сигареты. В других вариантах использования электронная сигарета может обеспечиваться (например) кабелем для прямого соединения между электрическим соединением 21А и контактным гнездом USB.

Блок управления обеспечивается одним или более отверстий для впуска воздуха, расположенных рядом с печатной платой (РСВ) 28. Эти отверстия соединяются с воздушным проходом через блок управления и с воздушным проходом, обеспечиваемым через соединитель 21А. Затем этот проход присоединяется к воздушному проходу через картомайзер 30, проходящему к мундштуку 35. Следует отметить, что нагреватель 36 и резервуар 38 с жидкостью выполнены таким образом, чтобы обеспечивать воздушный канал между соединителем 31В и мундштуком 35. Этот воздушный канал может проходить через центр картомайзера 30, с резервуаром 38 для жидкости, заключённым в кольцевую область вокруг этого центрального канала. Альтернативно (или дополнительно), воздушный канал может располагаться между резервуаром 38 для жидкости и внешним кожухом для картомайзера 30.

Когда пользователь производит вдох через мундштук 35, воздух втягивается в блок 20 управления через одно или более отверстий для впуска воздуха. Этот воздушный поток (или связанное с этим изменение в давлении) обнаруживается датчиком, например, датчиком давления, который в свою очередь активизирует нагреватель 36 для испарения никотина, подаваемого из резервуара 38 для жидкости. Воздушный поток проходит из блока управления в испаритель, где этот воздушный поток объединяется с никотиновыми испарениями. Это объединение воздушного потока с никотиновыми испарениями (по существу - это аэрозоль) затем проходит через картомайзер 30 и выходит из мундштука 35, чтобы вдыхаться пользователем. Картомайзер 30 может отсоединяться от и утилизироваться, когда питающая никотином жидкость заканчивается (а затем заменяется на другой картомайзер).

Следует принимать во внимание, что показанная на фиг. 1 электронная сигарета 10, представлена только в качестве примера, и могут выбираться другие варианты использования. Например, в некоторых вариантах использования картомайзер 30 разделяется на картридж, содержащий резервуар 38 для жидкости и отдельную часть с испарителем, содержащую нагреватель 36. В этой конфигурации картридж может утилизироваться после того, как жидкость в резервуаре 38 была израсходована, но отдельная часть с испарителем, содержащая нагреватель 36, сохраняется. Альтернативно, электронная сигарета может обеспечиваться картомайзером 30, который показан на фиг. 1, или ещё картомайзером, сконструированным как единое (унитарное) устройство, но резервуар 38 для жидкости выполнен в форме заменяемого пользователем картриджа. Дополнительные возможные варианты состоят в том, что нагреватель 36 может располагаться на противоположном конце картомайзера 30 по отношению к тому, который показан на фиг. 1, т.е. между резервуаром 38 для жидкости и мундштуком 35, или в ещё одном варианте нагреватель 36 располагается вдоль центральной оси LA картомайзера, а резервуар для жидкости выполнен в форме кольцевой структуры, которая в радиальном направлении находится снаружи от нагревателя 35.

Специалисты в данной области техники будут принимать во внимание множество возможных вариантов для реализации блока 20 управления. Например, воздушный поток может входить в блок управления в наконечнике, т.е. на противоположном конце от соединителя 21А, в дополнение к (или вместо) воздушному потоку, сопредельному с печатной платой РСВ 28. В этом случае воздушный поток, как правило, будет втягиваться в направлении картомайзера вдоль прохода между батареей 54 и внешней стенкой блока управления. Аналогичным образом, блок управления может содержать печатную плату, расположенную на наконечнике или рядом с ним, например, между батареей и наконечником. Такая печатная плата может обеспечиваться в дополнение к (или вместо) печатной платы РСВ 28.

Кроме того, электронная сигарета может поддерживать зарядку через наконечник, или через контактное гнездо, расположенное в каком-либо другом месте устройства, в дополнение к (или вместо) зарядки в месте соединения между картомайзером и блоком управления. (Следует принимать во внимание, что некоторые электронные сигареты обеспечиваются как по существу интегрированные модули. В этом случае пользователь не может отсоединять картомайзер от блока управления). Другие электронные сигареты также могут поддерживать беспроводную (индукционную) зарядку, в дополнение к (или вместо) проводной зарядки.

Приведённое выше обсуждение потенциальных вариантов электронной сигареты, показанной на фиг. 1, приводится в качестве примера. Специалист в данной области техники будет принимать во внимание дополнительные потенциальные варианты (и комбинации вариантов) для электронной сигареты 10.

Фиг. 2 является схематической диаграммой главных функциональных компонентов электронной сигареты 10, показанной на фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления этого раскрываемого изобретения. Следует обратить особое внимание, что фиг. 2 в первую очередь связана с электрической соединяемостью и функциональностью, и не предназначена для того, чтобы показывать физические размеры различных компонентов, а также подробности их физического расположения внутри блока 20 управления или картомайзера 30. Кроме того, следует принимать во внимание, что по крайней мере некоторые из компонентов, показанных на фиг. 2, которые располагаются внутри блока 20 управления, могут устанавливаться на печатной плате 28. Альтернативно, один или более из таких компонентов могут вместо этого размещаться в блоке управления, чтобы функционировать во взаимосвязи с печатной платой 28, но при этом физически не устанавливаться на самой печатной плате. Например, эти компоненты могут располагаться на одной или более дополнительных печатных платах, или они могут располагаться отдельно (такие как батарея 54).

Как показано на фиг. 2, картомайзер содержит нагреватель 310, который получает электропитание через соединитель 31В. Как будет более подробно разъясняться в дальнейшем, нагреватель 310 также функционирует как антенна (радиоантенна) для беспроводного обмена данными. Блок 20 управления включает в себя электрическое контактное гнездо или соединитель 21А для присоединения к соответствующему соединителю 31В картомайзера 30 (или потенциально, к зарядному устройству USB). В этом случае обеспечивается электрическая соединяемость между блоком 20 управления картомайзером 30.

Блок 20 управления дополнительно включает в себя модуль 61 датчиков, который располагается в воздушном канале или рядом с ним, проходящем через блок 20 управления от воздушного впускного отверстия(й) к воздушному впускному отверстию (к картомайзеру 30 через соединитель 21А). Модуль датчиков содержит датчик 62 давления и датчик 63 температуры (также находятся в воздушном канале или рядом с ним). Блок управления дополнительно включает в себя конденсатор 220, процессор 50, переключатель 210 на основе полевого транзистора (ПТ, FET), батарею 54 и входное и выходное устройства 59, 58.

Операции процессора 50 и других электронных компонентов, таких как датчик 62 давления, в общем контролируются, по меньшей мере частично, с помощью программ, реализованных программно, выполняемых на процессоре (или других компонентах). Такие программы, реализуемые программно, могут сохраняться в энергонезависимом запоминающем устройстве, таком как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM), которое может интегрироваться в сам процессор 50, или обеспечиваться как отдельный компонент. Процессор 50 может иметь доступ к ПЗУ, чтобы загружать и выполнять отдельные программы, реализуемые программно, как и когда требуется. Процессор 50 также содержит подходящие средства для обмена информацией, например, кнопки и клавиатуры* (плюс соответствующее программное обеспечение для управления), для обмена информацией при необходимости с другими устройствами в блоке 20 управления, например, таким как датчик 62 давления.

Выходное устройство(а) 58 может обеспечивать видимый, звуковой и/или осязательный выходной сигнал. Например, выходное устройство(а) может включать в себя громкоговоритель 58, вибратор, и/или один или более световых индикаторов. Световые индикаторы обычно обеспечиваются в виде одного или более светоизлучающих диодов (LEDs), которые могут быть одинакового цвета или различных цветов (или многоцветными). Выход из выходного устройства может использоваться для того, чтобы сигнализировать пользователю о различных условиях или состояниях внутри электронной сигареты, например, выдавать предупреждение о низком заряде батареи. Различные выходные сигналы могут использоваться для сигнализирования о различных условиях или состояниях. Например, если выходное устройство 58 является звуковым устройством, различные условия или состояния могут быть представлены звуками или зуммерными сигналами различной высоты и/или продолжительности, и/или могут обеспечиваться множеством таких зуммерных сигналов или звуков. Альтернативно, если выходное устройство 58 включает в себя один или более световых индикаторов, различные условия или состояния могут быть представлены посредством использования различных цветов, световых импульсов или непрерывного свечения, различных продолжительностей импульсов, и т.д. Например, один световой индикатор может использоваться для того, чтобы показывать предупреждение о низком заряде батареи, в то время как другой световой индикатор может использоваться для того, чтобы показывать, что резервуар 58 для жидкости почти израсходовался. Следует принимать во внимание, что данная электронная сигарета может включать в себя выходные устройства, чтобы поддерживать множество различных выходных режимов (звуковых, визуальных) и т.д.

Устройство(а) 59 для ввода может обеспечиваться в различных формах. Например, устройство (или устройства) ввода могут быть реализованы как кнопки на внешней стороне электронной сигареты, например, как механические, электрические или ёмкостные (датчик касания) датчики. Некоторые устройства могут поддерживать вдувание в электронную сигарету в качестве входного механизма (такое вдувание может обнаруживаться датчиком 62 давления, который будет в этом случае также действовать как вид устройства 59 ввода), и/или присоединение/ отсоединение картомайзера 30 и блока 20 управления, как другая форма механизма для ввода. И снова, следует принимать во внимание, что данная электронная сигарета может включать в себя устройства 59 для ввода, чтобы поддерживать множество различных входных режимов.

Как отмечалось выше, электронная сигарета 10 обеспечивает воздушный канал от воздушного впускного отверстия через электронную сигарету, который проходит через датчик 62 давления и нагреватель 310 в картомайзер 30 к мундштуку 35 для курения. Таким образом, когда пользователь вдыхает через мундштук электронной сигареты, процессор 50 обнаруживает такое вдыхание на основе информации от датчика 62 давления. В ответ на такое обнаружение, процессор подаёт электропитание от батареи 54 к нагревателю, который таким образом нагревается и испаряет никотин из резервуара 38 с жидкостью для вдыхания пользователем.

В отдельном варианте применения, показанном на фиг. 2, полевой транзистор (ПТ, FET) 210 присоединяется между батареей 54 и соединителем 21А. Этот полевой транзистор 210 действует как переключатель. Процессор 50 соединяется с затвором полевого транзистора, чтобы управлять переключателем, таким образом позволяя процессору включать и выключать поток мощности от батареи 54 к нагревателю 310, в соответствии с состоянием обнаруженного воздушного потока. Следует принимать во внимание, что ток нагревателя может быть относительно большим, например, в диапазоне 1-5 ампер, и следовательно, полевой транзистор (ПТ, FET) 210 должен реализовываться таким образом, чтобы поддерживать такое регулирование тока (аналогичным образом и для любого другого типа переключателя, который может использоваться вместо ПТ 210).

Для того чтобы обеспечивать более точное управление величиной мощности, протекающей от батареи 54 к нагревателю 310, может быть выбрана схема широтно-импульсной модуляции (ШИМ, PWM). Схема широтно-импульсной модуляции может основываться на периоде повторения, скажем 1 мс. Внутри каждого такого периода переключатель 210 включается на определённую пропорцию периода и выключается на остающуюся пропорцию периода. Это определяется параметрами с помощью рабочего цикла, таким образом рабочий цикл равный 0 показывает, что переключатель является выключенным в течение каждого периода времени (т.е. фактически постоянно), рабочий цикл равный 0,33 показывает, что переключатель является включённым в течение одной трети от каждого периода времени, рабочий цикл равный 0,66 показывает, что переключатель является включённым в течение двух третей от каждого периода времени, и рабочий цикл равный 1 показывает, что полевой транзистор является включённым в течение всего времени каждого периода (т.е. фактически постоянно). Следует принимать во внимание, что эти параметры приведены только в качестве показательных установок для рабочего цикла, и при необходимости могут использоваться промежуточные значения.

Использование широтно-импульсной модуляции обеспечивает эффективную мощность для нагревателя, которая задаётся посредством номинальной доступной мощности (основываясь на выходном напряжении батареи и сопротивлении нагревателя), умноженной на значение рабочего цикла. Процессор 50 может, например, использовать рабочий цикл, равный 1 (т.е. полную мощность) при начале вдыхания, чтобы первоначально увеличить рабочую температуру нагревателя 310 до желаемого значения так быстро, насколько это возможно. Как только эта желаемая рабочая температура была достигнута, процессор 50 может уменьшить значение рабочего цикла до какого-либо подходящего значения, для того чтобы поддерживать нагреватель 310 на желаемой рабочей температуре.

Как показано на фиг. 2, процессор 50 включает в себя коммуникационный интерфейс 55 для беспроводного обмена данными, в частности, поддерживает технологию Bluetooth Low Energy беспроводной ближней коротковолновой радиосвязи малой мощности. Нагреватель 310 используется в качестве антенны для использования коммуникационным интерфейсом 55 для передачи и приёма беспроводного обмена данными. Одним из стимулирующих факторов для этого является то, что блок 20 управления может иметь металлический кожух 202, в то время как часть 30 картомайзера может иметь пластиковый кожух 302 (отражающий факт того, что картомайзер 30 является одноразовой деталью, в то время как блок 20 управления остаётся и поэтому ему нужно быть более долговечным). Металлический кожух действует как экран или барьер, который создаёт трудности для расположения антенны внутри самого блока 20 управления. Однако использование нагревателя 310 в качестве антенны для беспроводного обмена данными позволяет избежать этого металлического экранирования вследствие пластикового кожуха картомайзера, но без добавления дополнительных компонентов, или сложности (или стоимости) к картомайзеру.

Как показано на фиг. 2, процессор 50 и, если более точно, коммуникационный интерфейс 55 присоединяется к питающей линии от батареи 54 к нагревателю 310 (через соединитель 31В) посредством конденсатора 220. Эта приёмопередатчик 520 радиосигналов реализуется ниже по ходу процесса относительно переключателя 210, поскольку беспроводной обмен данными может функционировать только тогда, когда на нагреватель не подаётся электропитание для его нагревания (как более подробно обсуждается ниже). Следует принимать во внимание, что конденсатор 220 предотвращает подачу электропитания от батареи 54 к нагревателю 310, направляя его назад к процессору 50.

Следует отметить, что ёмкостная связь может быть реализована с использованием более сложной LC-схемы (катушка индуктивности – конденсатор), которая также может обеспечивать полное сопротивление, согласованное с выходом коммуникационного интерфейса 55. (Как известно специалистам в данной области техники, это согласование полного сопротивления поддерживает надлежащую передачу сигналов между коммуникационным интерфейсом 55 и нагревателем 310, действующим в качестве антенны, в противном случае происходит отражение таких сигналов назад вдоль соединителя).

В некоторых вариантах реализации процессор 50 и коммуникационный интерфейс реализуются с использованием микросхемы Dialog DA14580 от компании Dialog Semiconductor PLC, базирующейся в г. Рединг, Великобритания. Дополнительная информация (и технические данные) для этой микросхемы доступны через Интернет: http://www.dialog-semiconductor.com/products/bluetooth-smart/smartbond-da14580.

Фиг. 3 представляет высокоуровневый и упрощённый обзор этой микросхемы 50, включая коммуникационный интерфейс 55 для поддержки Bluetooth Low Energy. Этот интерфейс, в частности, включает в себя приёмопередатчик 520 радиосигналов для выполнения модулирования и демодулирования сигнала, и т.д., аппаратную часть 512 канального уровня и средство 511 для улучшенного кодирования (128 бит). Выход из приёмопередатчика 520 радиосигналов присоединяется к нагревателю 310, используемому как антенна, через ёмкостную связь 220 и соединители 21А и 31В.

Устройство оповещения* процессора 50 включает в себя общее обрабатывающее ядро 530 операционной системы, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM) 531, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, ROM) 532, однократно программируемый (OTP) модуль 533, систему 560 ввода/вывода общего назначения (для обмена данными с другими компонентами на печатной плате 28), модуль 540 управления электропитанием и мост 570 для присоединения двух шин. Программные инструкции, сохраняемые в постоянном запоминающем устройстве (ROM) 532, и/или однократно программируемом (OTP) модуле 533, могут быть загружены в оперативное запоминающее устройство (RAM) 531 (и/или в память, обеспечиваемую как часть обрабатывающего ядра 530 системы) для выполнения посредством одного или более обрабатывающих модулей внутри обрабатывающего ядра 530 системы. Эти программные инструкции вызывают выполнение процессором 50 различных описанных здесь функциональностей, соответственно, таких как обмен информацией с модулем 61 датчиков и управление нагревателем. Следует отметить, что хотя устройство, показанное на фиг. 3, действует как коммуникационный интерфейс 55, а также как общий контроллер для электронной системы 10 для обеспечения парообразования, в других вариантах осуществления изобретения эти две функции могут распределяться между двумя или более различных устройств (микросхем), например, одна микросхема может использоваться как коммуникационный интерфейс 55, а другая микросхема – как общий контроллер для электронной системы 10 для обеспечения парообразования.

В некоторых вариантах реализации процессор 50 может быть выполнен таким образом, чтобы предотвращать беспроводной обмен данными, когда нагреватель используется для испарения жидкости из резервуара 38. Например, беспроводной обмен данными может быть приостановлен, завершён или предотвращён, начиная с момента, когда включается переключатель 210. И, наоборот, если происходит беспроводной обмен данными, активизация нагревателя может быть предотвращена, например, посредством отказа обнаружения воздушного потока от модуля 61 датчиков, и/или посредством того, что переключатель 210 управляется таким образом, чтобы не включать электропитание для нагревателя 310 в то время, когда выполняется беспроводной обмен данными.

Одна из причин для предотвращения одновременной работы нагревателя 310 как для нагревания, так и для беспроводного обмена данными, состоит в том, что необходимо избежать любого потенциального воздействия со стороны схемы управления широтно-импульсной модуляцией на нагреватель. Эта схема управления широтно-импульсной модуляцией имеет свою собственную частоту (основанную на частоте повторения импульсов), хотя она намного ниже, чем частота беспроводного обмена данными, и эти две частоты могут потенциально оказывать взаимное влияние одна на другую. В некоторых ситуациях такое взаимодействие может при практическом использовании не вызывать какие-либо проблемы, и одновременная работа нагревателя 310 как для нагревания, так и для беспроводного обмена данными, может быть позволена (при желании). Этому может способствовать, например, такая технология, как надлежащий выбор интенсивности сигналов и/или частоты широтно-импульсной модуляции, обеспечение соответствующего фильтрования и т.д.

Фиг. 4 является схематической диаграммой, показывающей беспроводной обмен данными с помощью технологии Bluetooth Low Energy, между электронной сигаретой 10 и приложением (арр), работающем на смартфоне 400, или другом подходящем устройстве (планшетном компьютере, дорожном компьютере, «умных часах» и т.д.). Такой обмен данными может использоваться для широкого диапазона целей, например, для обновления программно-аппаратных средств в электронной сигарете 10, чтобы извлекать эксплуатационные и/или диагностические данные из электронной сигареты 10, перезапускать или разблокировать электронную сигарету 10, чтобы управлять установками на электронной сигарете и т.д.

В обычных условиях, когда электронная сигарета 10 включается, например, посредством использования устройства 59 ввода, или возможно, посредством присоединения картомайзера 30 к блоку 20 управления, она начинает выдавать объявление* для обмена данными по технологии Bluetooth Low Energy. Если этот исходящий канал связи принимается смартфоном 400, то этот смартфон 400 запрашивает присоединение к электронной сигарете 10. Электронная сигарета может уведомлять об этом запросе пользователя через выходное устройство 58 и ожидать, пока пользователь не примет или не отвергнет запрос через устройство 59 ввода. Предполагая, что запрос принят, электронная сигарета 10 способна в дальнейшем обмениваться данными со смартфоном 400. Следует отметить, что электронная сигарета может запоминать идентификацию смартфона 400 и может принимать будущие запросы от этого смартфона автоматически. Как только соединение было установлено, смартфон 400 и электронная сигарета 10 работают в режиме клиент – сервер со смартфоном, работающим в качестве клиента, который инициализирует и отсылает запросы к электронной сигарете, которая вследствие этого работает в качестве сервера (и отвечает на запросы по мере необходимости).

Канал связи Bluetooth Low Energy (также известный как Bluetooth Smart) использует стандарт IEEE 802.15.1, и работает на частоте 2.4-2.5 ГГц, соответствующей длине волны около 12 см, со скоростью обмена данными 1 Мбит/с. Время установки для соединения составляет менее 6 мс, а среднее потребление энергии может быть очень низким – порядка 1 мВт или меньше. Канал связи Bluetooth Low Energy может распространяться до приблизительно 50 м. Однако для ситуации, показанной на фиг. 4, электронная сигарета 10 и смартфон 400 как правило, принадлежат одному человеку, и поэтому они будут находиться в непосредственной близости друг к другу, например, на расстоянии 1 м. Дополнительная информация о Bluetooth Low Energy может быть найдена в Интернете:

http://www.bluetooth.com/Pages/Bluetooth-Smart.aspx

Следует принимать во внимание, что электронная сигарета 10 может поддерживать другие коммуникационные протоколы для обмена данными со смартфоном 400 (или любым другим подходящим устройством). Такие другие коммуникационные протоколы могут использоваться вместо или в добавление к Bluetooth Low Energy. Примеры таких других коммуникационных протоколов включают в себя Bluetooth (вариант, отличающийся от Low Energy), см. например, www.bluetooth.com, и средства связи ближнего радиуса действия (NFC), согласно ISO 13157. Средства связи ближнего радиуса действия (NFC) работают на длинах волн, которые намного меньше, чем длина волны Bluetooth (13.56 МГц) и в общем имеют намного более короткий радиус действия, скажем < 0.2 м. Однако этот небольшой радиус действия всё ещё совместим с большинством сценариев использования, например, с показанным на фиг. 4. Специалист в данной области техники будет принимать во внимание другие коммуникационные протоколы, которые могут быть реализованы в электронной сигарете 10.

Фиг. 5 является схематическим видом с пространственным разделением деталей картомайзера 30, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Картомайзер имеет внешний пластиковый кожух 302, мундштук 35 для курения (который может быть сформирован как часть кожуха), испаритель 620, полую внутреннюю трубку 612 и соединитель 31В для присоединения блока управления. Воздушный проход через картомайзер 30 начинается с воздушного впускного отверстия, проходящего через соединитель 31В, затем через внутреннюю часть испарителя 625 и полую трубку 612 и окончательно выходит наружу через мундштук 35 для курения. Картомайзер 30 удерживает жидкость в кольцевой области между (i) пластиковым кожухом 302 и (ii) испарителем 620 и внутренней трубкой 612. Соединитель 31В обеспечивается уплотнением 635, чтобы помогать поддерживать жидкость в этой области и предотвращать утечки.

Фиг. 6 является схематическим видом с пространственным разделением деталей испарителя 620 из картомайзера 30, показанного на фиг. 5. Испаритель 620 имеет по существу цилиндрический кожух (раму), образованный двумя компонентами 627А, 627В, каждый из которых имеет по существу полукруглое поперечное сечение. В собранном виде края компонентов 627А, 627В не полностью примыкают друг к другу (по крайней мере не вдоль всей их длины), а остаётся небольшой зазор 625 (как показано на фиг. 5). Этот зазор позволяет жидкости из внешнего резервуара вокруг испарителя и трубки 612 входить во внутреннее пространство испарителя 620.

Один из компонентов 627В испарителя поддерживает нагреватель 310. На фигуре показаны два соединителя 631А и 631В для подачи электропитания (и сигнала для беспроводного обмена данными) к нагревателю 310. Если более точно, то эти соединители 631А, 631В связывают нагреватель с соединителем 31В, а затем связывает их с блоком 20 управления. (Следует отметить, что соединитель 631А присоединяется к контактной площадке 632А на дальнем конце испарителя 620 от соединителя 31В посредством проводов, которые проходят под нагревателем 310 и которые не видны на фиг. 6).

Нагреватель 310 содержит нагревательный элемент, сформированный из спечённого металлического волокнистого материала, и в общем выполнен в виде листа или пористого проводящего материала (такого как сталь). Однако следует принимать во внимание, что могут использоваться и другие пористые проводящие материалы. Общее сопротивление нагревательного элемента в примере, показанном на фиг. 6, составляет около 1 Ом. Однако следует принимать во внимание, что могут быть выбраны и другие сопротивления, например, имеющие отношение к доступному напряжению батареи и желаемым характеристикам по температуре/рассеиванию энергии для нагревательного элемента. В этом отношении обоснованные характеристики могут быть выбраны в соответствии с желаемыми свойствами генерирования аэрозоля (пара) для устройства, в зависимости от источника жидкости, представляющей интерес.

Главная часть нагревательного элемента обычно имеет прямоугольную форму с длиной (например, в направлении, проходящем между соединителем 31В и контактом 632А) около 20 мм и шириной около 8 мм. Толщина листа, содержащего нагревательный элемент в этом примере, составляет около 0.15 мм.

Как можно увидеть на фиг. 6, в общем прямоугольная главная часть нагревательного элемента имеет щелевые отверстия 311, проходящие в направлении внутрь от каждой из более длинных сторон. Эти щелевые отверстия 311 входят в зацепление со штифтами 312, обеспечиваемыми компонентом 627В кожуха испарителя, таким образом помогая поддерживать положение нагревательного элемента по отношению к компонентам 627А, 627В кожуха.

Щелевые отверстия 311 проходят в направлении внутрь приблизительно на 4.8 мм и имеют ширину около 0.6 мм. Щелевые отверстия 311, проходящие в направлении внутрь, разделяются между собой приблизительно на 5.4 мм на каждой стороне нагревательного элемента с щелевыми отверстиями, проходящими в направлении внутрь от противоположных сторон со смещением относительно друг друга приблизительно на половину от этого разнесения. Последовательность этого расположения щелевых отверстий является такой, что электрический, ток протекающий вдоль нагревательного элемента, по существу принуждается следовать по меандрической траектории, в результате чего происходит концентрация тока и электрической энергии вокруг концов щелевых отверстий. Различные плотности тока/энергии в различных местоположениях на нагревательном элементе означают, что существуют области относительно высокой плотности тока, которые становятся более горячими, чем области с относительно низкой плотностью тока. Это по существу обеспечивает нагревательный элемент диапазоном различных температур и температурных градиентов, которые могут быть желательными в контексте систем для обеспечения аэрозоля. Поскольку различные компоненты из поставляемой жидкости могут распыляться/испаряться при различных температурах, обеспечение нагревательного элемента определённым диапазоном температур может способствовать одновременному превращению в аэрозоль ряда различных компонентов в поставляемой жидкости.

Нагреватель 310, показанный на фиг. 6, имеет по существу плоскую форму, которая вытянута в одном направлении и хорошо подходит для того, чтобы действовать как антенна. Во взаимосвязи с металлическим кожухом 202 блока управления, нагреватель 310 образует приближенную к диполю конфигурацию, которая имеет физический размер такого же порядка величины, как и длина волны при коммуникации Bluetooth Low Energy, т.е. размер, составляющий несколько сантиметров (принимая во внимание как размер нагревателя 310, так и размер металлического кожуха 202) против длины волны около 12 см. И действительно, было обнаружено, что нагреватель 310 может успешно обеспечивать коммуникацию Bluetooth Low Energy в диапазоне, по меньшей мере, 10 м, которого более чем достаточно, для того чтобы включать в себя многие типичные сценарии использования, обсуждаемые выше в отношении фиг. 4 (на которой оба устройства, которые участвуют в беспроводном обмене данными, взаимосвязаны с единственным лицом и как правило будут разделены не более чем на 1 м или около этого значения).

Хотя фиг. 6 иллюстрирует одну форму и конфигурацию нагревателя 310 (нагревательного элемента), специалисты в данной области техники будут принимать во внимание различные другие возможности. Например, нагреватель может обеспечиваться как катушка или какая-либо другая конфигурация резистивного провода. Другая возможность состоит в том, что нагреватель может быть выполнен как трубка, содержащая жидкость, которая должна испаряться (например, такая как некоторые формы табачного продукта). В этом случае трубка может использоваться в первую очередь для транспортировки тепла от места его создания (например, катушки или другого нагревательного элемента) к жидкости, которая должна испаряться. В таком случае трубка всё ещё действует как нагреватель по отношению к жидкости, которая должна нагреваться.

Такие конфигурации снова могут использоваться как антенна, чтобы поддерживать беспроводное соединение. (Хотя катушка, например, в общем может обеспечивать более низкую эффективность, чем специфическая геометрия, показанная на фиг. 6, даже значительно уменьшенный диапазон передачи, составляющий около 1 м, всё ещё является приемлемым для многих предполагаемых вариантов применения).

Для того чтобы обращаться к различным результатам и преимуществу в соответствующей области техники, это раскрытие изобретения показывает в качестве иллюстрации различные варианты осуществления изобретения, в которых заявленное изобретение(я) может быть использовано практически. Преимущества и признаки раскрываемого изобретения являются только представительной выборкой вариантов осуществления изобретения, и не являются исчерпывающими и/или исключительными. Они представлены только для того, чтобы способствовать пониманию и изучению заявленного изобретения(й). Следует принимать во внимание, что преимущества, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, признаки, структуры, и/или другие аспекты раскрытия изобретения не должны рассматриваться как ограничения на раскрытие изобретения, которое определяется с помощью формулы изобретения или ограничения на эквиваленты пунктов формулы изобретения, кроме того, могут использоваться другие варианты осуществления изобретения и могут производиться изменения без выхода за пределы объёма формулы изобретения. Различные варианты осуществления изобретения могут, соответственно, содержать, состоять из, или составлять по существу различные комбинации из раскрываемых элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, средств, и т.д., которые отличаются от тех, которые в частности были здесь описаны. Это раскрываемое изобретение может включать в себя другие изобретения, в настоящее время не заявленные, но которые могут быть заявлены в будущем.

Изобретение относится к электронным системам для обеспечения парообразования, таким как электронные системы для доставки никотина (например, электронные сигареты). Электронная система для обеспечения парообразования содержит электрический нагреватель для испарения жидкости, формируя аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования, и коммуникационный интерфейс для обеспечения беспроводного обмена данными; в которой коммуникационный интерфейс выполнен с возможностью использования нагревателя в качестве антенны для беспроводного обмена данными. Блок управления электронной системы для обеспечения парообразования содержит источник электропитания, соединитель для присоединения к испарителю или картомайзеру, содержащему электрический нагреватель, при этом соединитель выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания от источника электропитания к нагревателю для испарения жидкости, образуя аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования; и коммуникационный интерфейс, предназначенный для осуществления беспроводного обмена данными, выполненный с возможностью использования соединителя для передачи и приёма сигналов для беспроводного обмена данными посредством использования нагревателя в качестве антенны. Техническим результатом изобретения является обеспечение беспроводного информационного соединения для перезарядки электронной сигареты. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Электронная система для обеспечения парообразования, содержащая:

электрический нагреватель для испарения жидкости, формируя аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования, и

коммуникационный интерфейс для обеспечения беспроводного обмена данными;

в которой

коммуникационный интерфейс выполнен с возможностью использования нагревателя в качестве антенны для беспроводного обмена данными.

2. Электронная система по п. 1, в которой коммуникационный интерфейс выполнен в виде беспроводной низкоэнергетической ближней коротковолновой радиосвязи Bluetooth Low Energy.

3. Электронная система по п. 1, в которой коммуникационный интерфейс выполнен в виде беспроводной ближней коротковолновой радиосвязи Bluetooth.

4. Электронная система для обеспечения парообразования по п. 1, в которой коммуникационный интерфейс выполнен в виде средства связи ближнего радиуса действия Near Field Communications (NFC).

5. Электронная система по п. 1, в которой коммуникационный интерфейс расположен в первой части электронной системы для обеспечения парообразования, а нагреватель расположен во второй части электронной системы для обеспечения парообразования.

6. Электронная система по п. 5, в которой первая часть электронной системы для обеспечения парообразования имеет металлический кожух, а вторая часть электронной системы для обеспечения парообразования имеет неметаллический кожух.

7. Электронная система по п. 6, в которой металлический кожух первой части обеспечивает противовес антенны для беспроводного обмена данными.

8. Электронная система по п. 5, в которой вторая часть электронной системы для обеспечения парообразования выполнена отделяемой от первой части электронной системы для обеспечения парообразования, при этом каждая из указанных частей снабжена соединителем для обеспечения механического и электрического соединения между первой и второй частями электронной системы для обеспечения парообразования.

9. Электронная система по любому из пп. 5-8, в которой первая часть электронной системы для обеспечения парообразования включает в себя источник электропитания, а вторая часть электронной системы для обеспечения парообразования включает в себя резервуар с жидкостью, предназначенной для испарения с помощью нагревателя.

10. Электронная система по п. 1, в которой нагреватель снабжен соединительной шиной электропитания от источника электропитания и в которой сигналы для беспроводного обмена данными накладываются на соединительную шину электропитания.

11. Электронная система по п. 10, в которой беспроводной интерфейс имеет ёмкостную связь с соединительной шиной электропитания.

12. Электронная система по п. 11, в которой беспроводной интерфейс присоединяется к соединительной шине электропитания с помощью LC-схемы (катушка индуктивности – конденсатор), которая обеспечивает согласованное полное сопротивление.

13. Электронная система по п. 10, содержащая контроллер, управляющий переключателем потока энергии от источника электропитания к нагревателю, при этом контроллер выполнен с возможностью включения подачи электрического тока от источника электропитания к нагревателю для обеспечения нагревания в ответ на обнаружение того, что пользователь производит вдох через электронную систему для обеспечения парообразования.

14. Электронная система по п. 13, в которой контроллер и коммуникационный интерфейс интегрированы в единую микросхему.

15. Электронная система по п. 1 выполнена с возможностью предотвращения беспроводного обмена данными, когда нагреватель находится в рабочем состоянии для испарения жидкости, образуя аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования.

16. Электронная система по п. 1, в которой нагреватель содержит по существу плоский лист металла.

17. Электронная система по п. 16, в которой нагреватель выполнен в виде спечённого металлического волокнистого материала.

18. Электронная система по п. 16 или 17, в которой плоский лист металла имеет в общем прямоугольную форму с длинной стороной, обращённой в направлении мундштука для курения электронной системы для обеспечения парообразования.

19. Электронная система по п. 16, в которой нагреватель имеет наиболее длинный размер протяжённостью, по меньшей мере, 10 мм.

20. Электронная система по п. 1, в которой жидкость для образования аэрозоля удерживается в электронной системе для обеспечения парообразования в абсорбирующем материале, таком как пена или хлопковый материал, или в материале, являющемся производным от растения.

21. Блок управления электронной системы для обеспечения парообразования, содержащий:

источник электропитания,

соединитель для присоединения к испарителю или картомайзеру, содержащему электрический нагреватель, при этом соединитель выполнен с возможностью обеспечения подачи электропитания от источника электропитания к нагревателю для испарения жидкости, образуя аэрозоль для вдыхания пользователем электронной системы для обеспечения парообразования; и

коммуникационный интерфейс, предназначенный для осуществления беспроводного обмена данными, выполненный с возможностью использования соединителя для передачи и приёма сигналов для беспроводного обмена данными посредством использования нагревателя в качестве антенны.