УСТРОЙСТВО, ГЕНЕРИРУЮЩЕЕ АЭРОЗОЛЬ, И СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, С ИНДУКЦИОННОЙ НАГРЕВАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ С ЭФФЕКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ МОЩНОСТЬЮ Российский патент 2021 года по МПК A24F47/00 H05B6/06 

Изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, работающим путем нагревания субстрата, образующего аэрозоль. В частности, изобретение относится к системам, генерирующим аэрозоль, в которых применяется индукционное нагревание.

Один тип системы, генерирующей аэрозоль, представляет собой систему, которая нагревает, но не сжигает табак или другой никотиносодержащий субстрат, образующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля для вдыхания. Обычно в нагреваемых табачных системах табак или другой субстрат, образующий аэрозоль, нагревается одним или более электрически резистивными нагревательными элементами, которые соединены с блоком питания. Эти системы должны быть достаточно маленькими для того, чтобы их можно было легко удерживать во время применения и чтобы пользователь мог легко их переносить между применениями. Они также должны иметь свой собственный внутренний блок питания, который, как правило, представляет собой небольшую перезаряжаемую батарею.

В последнее время существует заинтересованность в применении индукционного нагревания для нагревания табакосодержащих или никотиносодержащих субстратов, образующих аэрозоль, в удерживаемых рукой системах, генерирующих аэрозоль. Индукционное нагревание имеет ряд потенциальных преимуществ. В частности, индукционное нагревание обеспечивает возможность отделения электронных компонентов от субстрата, генерирующего аэрозоль, и генерируемого аэрозоля. Это позволяет легче очищать и обслуживать систему и имеет потенциальные преимущества в отношении надежности системы.

Индукционно нагреваемые системы работают за счет предоставления индуктора с изменяющимся во времени электрическим напряжением. В результате создается изменяющееся во времени магнитное поле, которое, в свою очередь, генерирует вихревые токи и потери на гистерезис в материале, представляющем собой токоприемник, который расположен близко к субстрату, образующему аэрозоль, или контактирует с ним. Нагревание джоулевым теплом токоприемника в результате вызванных токов нагревает субстрат, образующий аэрозоль, с образованием аэрозоля.

Одна проблема, связанная с индукционно нагреваемой системой, которая получает питание от малой батареи, заключается в обеспечении подачи достаточной мощности к индуктору для генерирования требуемого тепла в токоприемнике. Было бы желательно как можно более эффективно передавать мощность индуктору и увеличивать мощность, передаваемую на индуктор.

В одном аспекте изобретения предусмотрено устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:

один или более источников питания постоянного тока (DC);

цепь нагрузки, содержащую индуктор и конденсатор, соединенные последовательно;

первую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную в цепи нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения первого падения напряжения в цепи нагрузки;

вторую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную в цепи нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения второго падения напряжения в цепи нагрузки, при этом второе падение напряжения происходит в противоположном направлении относительно первого падения напряжения; и

контроллер, соединенный с первой и второй схемами управления и выполненный с возможностью управления первой и второй схемами управления так, чтобы периодически обеспечивать оба из первого и второго падений напряжения в цепи нагрузки, и так, чтобы не обеспечивать второе падение напряжения в схеме нагрузки одновременно с первым падением напряжения.

Первая схема управления может иметь сторону высокого напряжения и сторону низкого напряжения. Сторона высокого напряжения может быть соединена с первой стороной цепи нагрузки. Сторона низкого напряжения может быть соединена со второй стороной цепи нагрузки. Первая схема управления выполнена с возможностью обеспечения первого падения напряжения в цепи нагрузки. Вторая схема управления может также иметь сторону высокого напряжения и сторону низкого напряжения. Сторона низкого напряжения второй схемы управления может быть соединена с первой стороной цепи нагрузки. Сторона высокого напряжения может быть соединена со второй стороной цепи нагрузки. Вторая схема управления выполнена с возможностью обеспечения второго падения напряжения. Второе падение напряжения происходит в противоположном направлении относительно первого падения напряжения.

Цепь нагрузки может иметь первую клемму на первой стороне и вторую клемму на второй стороне. Первая схема управления, соединенная с одним или более источниками питания постоянного тока, может быть соединена с первой и второй клеммами цепи нагрузки так, что положительное напряжение постоянного тока от одного или более источников питания постоянного тока подается на первую клемму цепи нагрузки. Это приводит к первому падению напряжения в цепи нагрузки. Вторая схема управления, соединенная с одним или более источниками питания постоянного тока, может быть соединена с первой и второй клеммами цепи нагрузки так, что положительное напряжение постоянного тока от одного или более источников питания постоянного тока подается на вторую клемму цепи нагрузки. Это приводит ко второму падению напряжения в цепи нагрузки. Второе падение напряжения в цепи нагрузки происходит в противоположном направлении относительно первого падения напряжения.

Для индукционного нагревания необходимо обеспечить изменяющееся во времени напряжение в индукторе. Компоновка первой и второй схем управления, попеременно обеспечивающая падения напряжения в разных направлениях в цепи нагрузки, обеспечивает изменяющееся во времени напряжение и позволяет эффективно потреблять энергию, подаваемую источником или источниками питания.

Преимущественно контроллер выполнен так, чтобы периодически обеспечивать первое падение напряжения с первой частотой, и так, чтобы периодически обеспечивать второе падение напряжения по существу с той же частотой. Термин «по существу та же частота» в данном контексте означает в пределах нескольких процентов от первой частоты и преимущественно в пределах 2 процентов от первой частоты. В таком случае первое и второе напряжения могут быть просто поданы без перекрытия друг с другом. Контроллер может быть выполнен с возможностью подачи второго напряжения, непосредственно не совпадающего по фазе с первым напряжением.

Первая частота может быть высокой частотой. В данном контексте термин «высокая частота» следует понимать как означающий частоту в диапазоне от приблизительно 100 килогерц (кГц) до приблизительно 30 мегагерц (МГц). Первая частота может быть больше 1 мегагерца. Первая частота может быть меньше 10 мегагерц. Предпочтительно первая частота находится в диапазоне от 5 мегагерц до 7 мегагерц.

Первая схема управления и вторая схема управления могут состоять из правого и левого средств управления. Компоненты схемы, соединенные с одним концом цепи нагрузки, могут образовывать правое средство управления, а компоненты схемы, соединенные с другим концом цепи нагрузки, могут образовывать левое средство управления. Первая схема управления может содержать компоненты схемы как с правого, так и с левого средств управления. Вторая схема управления может содержать компоненты схемы как с правого, так и с левого средств управления. Каждое из правого и левого средств управления может содержать схему переключения, которая может представлять собой резонансную схему переключения. Правое средство управления вместе с цепью нагрузки могут образовывать первый усилитель мощности. Левое средство управления вместе с цепью нагрузки могут представлять собой второй усилитель мощности. Первый усилитель мощности может представлять собой усилитель класса D. Второй усилитель мощности может представлять собой усилитель класса D. Первый усилитель мощности может представлять собой усилитель класса E. Второй усилитель мощности может представлять собой усилитель класса E.

Контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения первого падения напряжения в виде напряжения с прямоугольной формой волны. Контроллер может быть выполнен с возможностью обеспечения второго падения напряжения в виде напряжения с прямоугольной формой волны. Первое падение напряжения может иметь такой же или отличающийся коэффициент наполнения по сравнению со вторым падением напряжения. Преимущественно контроллер выполнен с возможностью обеспечения периода времени ожидания, составляющего по меньшей мере несколько наносекунд, между концом одного падения напряжения и началом следующего падения напряжения в противоположном направлении, чтобы избежать перегорания связанных переключателей в схеме управления.

Один или более источников питания постоянного тока могут содержать одну батарею, соединенную с обеими из первой и второй схем управления. Батарея может представлять собой перезаряжаемую батарею. Батарея может представлять собой литий–ионную батарею, например, литий–кобальтовую, литий–железо–фосфатную, литий–титанатную или литий–полимерную батарею. Альтернативно батарея может иметь другую форму перезаряжаемой батареи, такую как никель–металлогидридная батарея или никель–кадмиевая батарея.

Альтернативно один или более источников питания постоянного тока могут содержать две батареи, причем одна батарея соединена с первой схемой управления, а другая батарея соединена со второй схемой управления. Один или более источников питания постоянного тока могут содержать две батареи, соединенные последовательно, с электрическим заземлением, образованным между двумя батареями так, что одна батарея обеспечивает положительное напряжение, а другая обеспечивает отрицательное напряжение.

Контроллер может содержать микроконтроллер. Микроконтроллер может представлять собой любой подходящий микроконтроллер, но предпочтительно является программируемым.

Устройство может содержать корпус, содержащий один или более источников питания постоянного тока, цепь нагрузки, первую и вторую схемы управления и контроллер, при этом корпус образует полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль. Устройство может быть выполнено с возможностью индукционного нагревания субстрата, образующего аэрозоль.

Индуктор может представлять собой катушку, расположенную смежно с полостью или окружающую ее. В одном варианте осуществления индуктор представляет собой спиральную катушку, которая окружает по меньшей мере часть полости. Альтернативно индуктор может представлять собой плоскую спиральную индукционную катушку, расположенную смежно со стороной или основанием или с обоими из стороны и основания полости. Индуктор должен быть расположен с возможностью обеспечения изменяющегося во времени магнитного поля в материале, представляющем собой токоприемник, выполненном с возможностью нагревания субстрата, образующего аэрозоль, при применении.

Устройство может содержать множество индукторов, выполненных с возможностью активации в разные моменты времени во время работы устройства. Множество индукторов могут быть расположены так, чтобы обеспечить пространственно отделенные (или пространственно частично перекрывающиеся) изменяющиеся во времени магнитные поля с тем, чтобы различные части субстрата, образующего аэрозоль, могли нагреваться в разные моменты времени во время работы. Если устройство содержит множество индукторов, то устройство может содержать множество из первых и вторых схем управления.

В контексте настоящего документа термин «устройство, генерирующее аэрозоль» относится к устройству, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, с генерированием аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть частью изделия, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может представлять собой устройство, которое взаимодействует с субстратом, образующим аэрозоль, изделия, генерирующего аэрозоль, с генерированием аэрозоля, который может непосредственно вдыхаться в легкие пользователя через рот пользователя. Субстрат, образующий аэрозоль, может полностью или частично содержаться в устройстве.

В еще одном аспекте изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, при этом изделие, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью по меньшей мере частичного размещения в устройстве, генерирующем аэрозоль.

Субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой твердый субстрат, образующий аэрозоль. Альтернативно субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой жидкость или может содержать как твердые, так и жидкие компоненты, или может содержать гель. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата при нагревании. Альтернативно субстрат, образующий аэрозоль, может содержать нетабачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может дополнительно содержать вещество для образования аэрозоля. Примерами подходящих веществ для образования аэрозоля являются глицерин и пропиленгликоль.

Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой твердый субстрат, образующий аэрозоль, то твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или более из: порошка, гранул, шариков, кусочков, полосок или листов, содержащих одно или более из: травяных листьев, табачных листьев, фрагментов табачных жилок, восстановленного табака, гомогенизированного табака, экструдированного табака, табачного формованного листа и расширенного табака. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может иметь рассыпную форму или может быть предусмотрен в подходящей емкости или картридже. Необязательно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может содержать дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, предназначенные для высвобождения при нагревании субстрата. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может также содержать капсулы, которые содержат, например, дополнительные табачные или нетабачные летучие вкусоароматические соединения, и такие капсулы могут плавиться во время нагревания твердого субстрата, образующего аэрозоль.

Необязательно твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, кусочков, тонких трубок, полосок или листов. Альтернативно носитель может представлять собой трубчатый носитель, имеющий тонкий слой твердого субстрата, нанесенного на его внутреннюю поверхность, или на его внешнюю поверхность, или на обе из его внутренней и внешней поверхностей. Такой трубчатый носитель может быть выполнен, например, из бумаги или материала, подобного бумаге, нетканого мата из углеродных волокон, легкого сетчатого металлического экрана или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы.

Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на поверхность носителя в форме, например, листа, пеноматериала, геля или суспензии. Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на всю поверхность носителя или альтернативно может быть нанесен в виде узора с целью обеспечения неоднородной доставки вкусоароматической добавки во время применения.

Несмотря на то, что выше упоминаются твердые субстраты, образующие аэрозоль, специалисту в данной области техники будет понятно, что с другими вариантами осуществления могут быть применены другие формы субстрата, образующего аэрозоль. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой жидкий субстрат, образующий аэрозоль. Если предусмотрен жидкий субстрат, образующий аэрозоль, то устройство, генерирующее аэрозоль, предпочтительно содержит средства для удержания жидкости. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в емкости. Альтернативно или дополнительно жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть поглощен пористым материалом носителя. Пористый материал носителя может быть изготовлен из любой подходящей поглощающей заглушки или детали, например, из вспененного металлического или пластикового материала, полипропилена, терилена, нейлоновых волокон или керамики. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может удерживаться в пористом материале носителя перед применением устройства, генерирующего аэрозоль, или альтернативно материал жидкого субстрата, образующего аэрозоль, может высвобождаться в пористый материал носителя во время применения или непосредственно перед ним. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в капсуле. Оболочка капсулы предпочтительно плавится при нагревании и высвобождает жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь пористого материала носителя. Капсула может необязательно содержать твердое вещество в сочетании с жидкостью. Альтернативно носитель может представлять собой нетканое полотно или пучок волокон, в которые были включены табачные компоненты. Нетканое полотно или пучок волокон могут содержать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.

Во время работы субстрат, образующий аэрозоль, может полностью содержаться внутри устройства, генерирующего аэрозоль. В этом случае пользователь может осуществлять затяжку на мундштуке устройства, генерирующего аэрозоль. Альтернативно во время работы изделие, образующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, может частично содержаться в устройстве, генерирующем аэрозоль. В этом случае пользователь может осуществлять затяжку непосредственно на изделии, образующем аэрозоль.

Изделие, образующее аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Изделие, образующее аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Изделие, образующее аэрозоль, может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине. Субстрат, образующий аэрозоль, может иметь по существу цилиндрическую форму. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть по существу продолговатым. Субстрат, образующий аэрозоль, также может иметь длину и окружность, по существу перпендикулярную длине.

Изделие, образующее аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 100 мм. Изделие, образующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Изделие, образующее аэрозоль, может содержать заглушку фильтра. Заглушка фильтра может быть расположена на расположенном дальше по ходу потока конце изделия, образующего аэрозоль. Заглушка фильтра может представлять собой ацетилцеллюлозную заглушку фильтра. Заглушка фильтра в одном варианте осуществления имеет длину приблизительно 7 мм, однако может иметь длину от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм.

В одном варианте осуществления изделие, образующее аэрозоль, имеет общую длину приблизительно 45 мм. Изделие, образующее аэрозоль, может иметь наружный диаметр приблизительно 7,2 мм. Кроме того, субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 10 мм. Альтернативно субстрат, образующий аэрозоль, может иметь длину приблизительно 12 мм. Кроме того, диаметр субстрата, образующего аэрозоль, может составлять от приблизительно 5 мм до приблизительно 12 мм. Изделие, образующее аэрозоль, может содержать внешнюю бумажную обертку. Кроме того, изделие, образующее аэрозоль, может содержать перегородку между субстратом, образующим аэрозоль, и заглушкой фильтра. Перегородка может иметь размер приблизительно 18 мм, но может иметь размер в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 25 мм.

Устройство предпочтительно представляет собой портативное или удерживаемое рукой устройство, которое удобно держать между пальцами одной руки. Устройство может иметь по существу цилиндрическую форму и иметь длину от 70 до 200 мм. Максимальный диаметр устройства предпочтительно составляет от 10 до 30 мм. В одном варианте осуществления устройство имеет многоугольное поперечное сечение и содержит выступающую кнопку, образованную на одной лицевой поверхности. В этом варианте осуществления диаметр устройства составляет от 12,7 до 13,65 мм при измерении от плоской лицевой поверхности до противоположной плоской лицевой поверхности; от 13,4 до 14,2 мм при измерении от кромки до противоположной кромки (т. е. от линии пересечения двух лицевых поверхностей на одной стороне устройства до соответствующей линии пересечения на другой стороне), и от 14,2 до 15 мм при измерении от вершины кнопки до противоположной нижней плоской лицевой поверхности.

Изделие, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент или элементы, представляющие собой токоприемник. Альтернативно или дополнительно устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать элемент или элементы, представляющие собой токоприемник. В контексте настоящего документа термин «элемент, представляющий собой токоприемник» обозначает проводящий элемент, нагревающийся при воздействии на него изменяющегося магнитного поля. Это может быть результатом вихревых токов, вызванных в элементе, представляющем собой токоприемник, и/или потерь на гистерезис. Преимущественно элемент, представляющий собой токоприемник, содержит ферромагнитный материал.

Элемент, представляющий собой токоприемник, преимущественно находится в тепловой близости к субстрату, образующему аэрозоль, при применении, так что тепло, генерируемое в токоприемнике, может передаваться за счет проводимости или конвекции в субстрат, образующий аэрозоль, с целью генерирования аэрозоля.

Материал и геометрическая форма элемента, представляющего собой токоприемник, могут быть выбраны так, чтобы предоставлять желаемое электрическое сопротивление и тепловыделение. Преимущественно элемент, представляющий собой токоприемник, обладает относительной проницаемостью от 1 до 40000. Если желательно обеспечить уверенное применение вихревых токов для большей части нагревания, может применяться материал с более низкой проницаемостью, и если желательны эффекты гистерезиса, то может применяться материал с более высокой проницаемостью. Предпочтительно материал обладает относительной проницаемостью от 500 до 40000. Это обеспечивает эффективное нагревание.

Материал элемента, представляющего собой токоприемник, может выбираться на основании своей температуры Кюри. При температуре выше его температуры Кюри материал больше не будет являться ферромагнитным, и поэтому не будет происходить нагревание, вызванное потерями на гистерезис. В случае, если элемент, представляющий собой токоприемник, выполнен из одного однокомпонентного материала, температура Кюри может соответствовать максимальной температуре, которой должен обладать элемент, представляющий собой токоприемник, (другими словами, температура Кюри идентична максимальной температуре, до которой должен нагреваться элемент, представляющий собой токоприемник, или отклоняется от этой максимальной температуры приблизительно на 1–3%). Это уменьшает возможность быстрого перегрева.

Если элемент, представляющий собой токоприемник, выполнен из более чем одного материала, материалы элемента, представляющего собой токоприемник, могут быть оптимизированы относительно следующих аспектов. Например, материалы могут быть выбраны так, чтобы первый материал элемента, представляющего собой токоприемник, мог обладать температурой Кюри, превышающей максимальную температуру, до которой должен нагреваться элемент, представляющий собой токоприемник,. Этот первый материал элемента, представляющего собой токоприемник, затем может быть оптимизирован, например, относительно максимального тепловыделения и теплопередачи в субстрат, образующий аэрозоль, для обеспечения эффективного нагревания токоприемника, с одной стороны. Тем не менее, элемент, представляющий собой токоприемник, в данном случае может дополнительно содержать второй материал, обладающий температурой Кюри, соответствующей максимальной температуре, до которой должен нагреваться токоприемник, и когда элемент, представляющий собой токоприемник, достигает этой температуры Кюри, магнитные свойства элемента, представляющего собой токоприемник, в целом изменяются. Это изменение может быть обнаружено и сообщено микроконтроллеру, который затем прерывает работу схемы управления до тех пор, пока температура снова не опустится ниже температуры Кюри, после чего работа схемы управления может быть возобновлена.

Элемент, представляющий собой токоприемник, может иметь форму сетки. Если субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой жидкость, сетка может быть выполнена с возможностью образования жидкостью мениска в промежутках сетчатого элемента, представляющего собой токоприемник. Это обеспечивает эффективное нагревание субстрата, образующего аэрозоль. В контексте настоящего документа термин «сетка» охватывает решетки и матрицы нитей, расположенных с интервалами, и может включать в себя тканые и нетканые материалы. Сетка может содержать множество ферритовых нитей. Нити могут образовывать промежутки между нитями, и промежутки могут иметь ширину от 10 мкм до 100 мкм. Предпочтительно нити создают капиллярный эффект в промежутках, так что при применении жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в промежутки, увеличивая площадь контакта между элементом, представляющим собой токоприемник, и жидкостью.

Теперь будут подробно описаны варианты осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие графические материалы, где:

на фиг. 1 показан вариант осуществления системы, генерирующей аэрозоль, содержащей устройство, генерирующее аэрозоль, и изделие, генерирующее аэрозоль, согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 2 представлено схематическое изображение компонентов электрических компонентов системы, показанной на фиг. 1;

на фиг. 3 представлено схематическое изображение электронной схемы подачи питания в соответствии с изобретением;

на фиг. 4 проиллюстрированы напряжения, подаваемые к противоположным сторонам схемы нагрузки схемой управления;

на фиг. 5a проиллюстрирована компоновка электронной схемы подачи питания согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 5b проиллюстрированы компоненты схемы подачи питания по фиг. 5a, через которые ток проходит в течение первого периода времени;

на фиг. 5c проиллюстрированы компоненты схемы подачи питания по фиг. 5a, через которые ток проходит в течение второго периода времени; и

на фиг. 6 проиллюстрирована альтернативная компоновка электронной схемы подачи питания.

На фиг. 1 показан вариант осуществления системы, генерирующей аэрозоль, содержащей индукционное нагревательное устройство 1 согласно изобретению. Индукционное нагревательное устройство 1 содержит корпус 10 устройства, который может быть изготовлен из пластика, и источник питания постоянного тока, содержащий перезаряжаемую батарею 110. Индукционное нагревательное устройство 1 дополнительно содержит соединительный порт 12, содержащий штифт 120, для присоединения индукционного нагревательного устройства к зарядной станции или зарядному устройству для перезарядки перезаряжаемой батареи 110. Кроме этого, индукционное нагревательное устройство 1 содержит электронную схему 13 подачи питания, выполненную с возможностью работы при желаемой частоте.

Электронная схема 13 подачи питания электрически подключена к перезаряжаемой батарее 110 посредством подходящего электрического соединения 130. Также при том, что электронная схема 13 подачи питания содержит дополнительные компоненты, которые нельзя увидеть на фиг. 1, она содержит, в частности, цепь индуктивно–емкостной (LC) нагрузки, которая, в свою очередь, содержит индуктор L, что обозначено пунктирными линиями на фиг. 1. Индуктор L встроен в корпус 10 устройства на ближнем конце корпуса 10 устройства, чтобы окружить полость 14, которая также расположена на ближнем конце корпуса 10 устройства.

Индуктор L может содержать цилиндрическую индукционную катушку со спиральной намоткой, имеющую цилиндрическую форму. Цилиндрическая индукционная катушка L со спиральной намоткой может иметь диаметр d в диапазоне от приблизительно 5 мм до приблизительно 10 мм и, в частности, диаметр d может составлять приблизительно 8 мм. Длина 1 цилиндрической индукционной катушки со спиральной намоткой может находиться в диапазоне от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 18 мм. Соответственно, ее внутренний объем может находиться в диапазоне от приблизительно 0,015 см³ до приблизительно 1,3 см³.

Субстрат 20, образующий аэрозоль, содержит токоприемник 21 и размещен в полости 14 на ближнем конце корпуса 10 устройства так, чтобы во время работы индуктор L (цилиндрическая индукционная катушка со спиральной намоткой) был индукционно соединен с токоприемником 21 субстрата 20, образующего аэрозоль, курительного изделия 2.

Токоприемник 21 не обязательно должен образовывать часть расходного материала, и он может быть частью самого устройства. Также возможно наличие элементов, представляющих собой токоприемник, как в устройстве, так и в расходном материале.

Часть 22 фильтра курительного изделия 2 может быть расположена снаружи полости 14 индукционного нагревательного устройства 1 так, чтобы во время работы потребитель мог втягивать аэрозоль через часть 22 фильтра. Когда курительное изделие извлечено из полости 14, обеспечена возможность легкой очистки полости 14, поскольку за исключением открытого дальнего конца, через который вставляется субстрат 20, образующий аэрозоль, курительного изделия 2, полость полностью закрыта и окружена внутренними стенками пластикового корпуса 10 устройства, образующими полость 14.

На фиг. 2 показана блок–схема варианта осуществления системы подачи аэрозоля, содержащей индукционное нагревательное устройство 1 согласно изобретению, с некоторыми необязательными аспектами или компонентами, как будет описано ниже. Индукционное нагревательное устройство 1 вместе с субстратом 20, образующим аэрозоль, содержащим токоприемник 21, образует вариант осуществления системы подачи аэрозоля согласно изобретению. Блок–схема, показанная на фиг. 2, является иллюстрацией, приведенной с учетом способа работы. Как можно видеть, индукционное нагревательное устройство 1 содержит источник 11 питания постоянного тока (на фиг. 1 содержащий перезаряжаемую батарею 110), электронную схему 131 управления (микропроцессорный блок управления), преобразователь 132 постоянного тока в переменный (выполненный в виде обратного преобразователя постоянного тока в переменный), согласующую цепь 133 для адаптации к нагрузке и индуктор L. Все из электронной схемы 131 управления, преобразователя 132 постоянного тока в переменный и согласующей цепи 133, а также индуктора L является частью электронной схемы 13 подачи питания (см. фиг. 1).

Напряжение (VDC) постоянного тока и сила постоянного тока (IDC), получаемого от источника 11 питания постоянного тока, подаются каналами обратной связи на микропроцессорный блок 131 управления предпочтительно посредством измерения как напряжения (VDC) постоянного тока, так и силы постоянного тока (IDC), получаемого от источника 11 питания постоянного тока, для управления дополнительной подачей переменного тока в цепь индуктивно–емкостной нагрузки. Согласующая цепь 133 может быть предусмотрена для оптимальной адаптации к нагрузке, но она не является обязательной и не включена в описание следующих подробных примеров.

На фиг. 3 показаны некоторые основные компоненты электронной схемы 13 подачи питания, и, в частности, обратного преобразователя 132 постоянного тока в переменный. Электронная схема 13 подачи питания содержит нагрузочную ветвь 1320, которая, в свою очередь, содержит цепь 1323 индуктивно–емкостной нагрузки, выполненную с возможностью работы при низкой нагрузке R 1324. Сопротивление R 1234, показанное на фиг. 3, не является реальным компонентом; оно является эквивалентным последовательным сопротивлением токоприемника в катушке. Цепь индуктивно–емкостной нагрузки содержит конденсатор C и индуктор L (имеющий омическое сопротивление Rcoil), соединенные последовательно. Цепь 1323 индуктивно–емкостной нагрузки во время работы индукционно соединена с токоприемником.

В данном варианте осуществления обратный преобразователь постоянного тока в переменный содержит левое средство D₁ управления и правое средство D₂ управления, соединенные с противоположными концами цепи 1320 нагрузки. Каждое из левого средства управления и правого средства управления соединено с источником питания постоянного тока и с цепью 1320 нагрузки, которая имеет первую клемму на первой стороне и вторую клемму на второй стороне. На фиг. 3 изображены два отдельных источника питания постоянного тока, но обычно как левое, так и правое средства управления соединены с одним и тем же источником питания.

Левое средство D₁ управления выполнено с возможностью подачи напряжения V_R с первой периодической формой волны к нагрузочной ветви 1320 с выбранной частотой F и имеет амплитуду, находящуюся в диапазоне от первого значения до второго значения, меньшего чем первое значение. Подобным образом, правое средство D₂ управления выполнено с возможностью подачи напряжения V_L со второй формой волны к нагрузочной ветви 1320 и имеет по существу такую же частоту F, что и напряжение с первой формой волны, и подобным образом, имеет амплитуду, находящуюся в диапазоне от первого соответствующего значения до второго соответствующего значения, меньшего чем первое значение.

Пример первой и второй периодических форм волны схематически проиллюстрирован на фиг. 4. Можно видеть, что две формы волны представляют собой квадратные волны, которые непосредственно не совпадают по фазе (или находятся в противоположной фазе) друг с другом. Поскольку квадратные волны подают с противоположных концов цепи нагрузки, они обеспечивают падения напряжения в цепи нагрузки в противоположных направлениях. Падения напряжения имеют противоположную полярность относительно друг друга, при этом противоположная полярность в данном контексте относится к относительному положению сторон высокого и низкого напряжений, а не к требованию относительно положительного напряжения и отрицательного напряжения. Благодаря применению таким образом импульсов напряжения попеременно с каждой стороны цепи нагрузки, напряжение переменного тока эффективно подается на индуктор, и мощность может эффективно рассеивается в цепи нагрузки и, в частности, в элементе, представляющем собой токоприемник.

Существует ряд способов, с помощью которых компоновка, показанная на фиг. 3, может быть реализована для предоставления профиля напряжения, как проиллюстрировано на фиг. 4. На фиг. 5a проиллюстрирован первый вариант осуществления, в котором правое и левое средства управления вместе с цепью нагрузки образуют усилители класса D. В частности, каждое из средств управления содержит пару транзисторных переключателей Т₁, T₂ и T₃, T₄, последовательно соединенные с источником питания постоянного тока. Цепь 1323 нагрузки соединена с левым средством управления в положении между двумя транзисторными переключателями Т₁ и T₂. Цепь 1323 нагрузки соединена с правым средством управления в положении между двумя транзисторными переключателями Т₃ и T₄. Цепь нагрузки эффективно применяется совместно двумя усилителями класса D.

Транзисторные переключатели представляют собой полевые транзисторы (FET) и управляются электронной схемой управления с обеспечением формы волны, как проиллюстрировано на фиг. 4. Электронная схема управления подает высокочастотное переменное напряжение 1321, 1322, 1325, 1326 переключения на затвор каждого из транзисторов так, что в одну половину периода проводят транзисторы T₁ и T₃, а транзисторы₂ и T₄ выключены, а во вторую половину периода проводят транзисторы T₂ и T₄, а транзисторы₁ и T₃ выключены. На фиг. 5b проиллюстрировано соединение индуктора L с блоком питания в первую половину периода, при этом проводят транзисторы T₁ и T₃. Компоновка, показанная на фиг. 5b, может рассматриваться как содержащая первую схему управления, которая работает для обеспечения в цепи нагрузки первого периодического падения напряжения. На фиг. 5c проиллюстрировано соединение индуктора L с блоком питания во вторую половину периода, при этом проводят транзисторы T₂ и T₄. Компоновка, показанная на фиг. 5с, может рассматриваться как содержащая вторую схему управления, которая работает для обеспечения в цепи нагрузки второго периодического падения напряжения при той же частоте, что и первое периодическое падение напряжения, но с противоположной полярностью и непосредственно не в фазе с первым периодическим напряжением.

Разумеется, возможно обеспечение периодических падений напряжения, которые отличаются от тех, что показаны на фиг. 4. В частности, варианты кривизны могут иметь коэффициент наполнения менее 50%. Следует понимать, что импульсы V_R и V_L напряжения предпочтительно не перекрывают друг друга во времени во избежание прохождения через транзисторы T₁ и T₂ или T₃ и T₄ высокого и потенциально опасного тока.

На фиг. 6 проиллюстрирована альтернативная компоновка для выполнения топологии, показанной на фиг. 3, с применением конфигурации усилителя класса E вместо конфигурации усилителя класса D. В компоновке по фиг. 6 левое средство управления вместе с цепью нагрузки образует первый усилитель класса E, а правое средство управления вместе с цепью нагрузки образует второй усилитель класса E. Каждый усилитель класса E содержит отдельный переключатель FET. Управление переключателем T₅ в левом средстве управления происходит посредством высокочастотного напряжения 1327 переключения, а управление переключателем T₆ в правом средстве управления происходит посредством высокочастотного напряжения 1328 переключения. Напряжения 1327 и 1328 переключения находятся не в фазе (не совпадают по фазе) друг с другом для обеспечения двух напряжений V_L и V_R с периодической формой волны, которые непосредственно не совпадают по фазе, как показано в качестве примера на фиг. 4.

Следует понимать, что возможны и другие формы схемы управления. Например, возможно наличие компоновки с применением правого средства управления, показанного на фиг. 5a, и левого средства управления, показанного на фиг. 6, или с применением левого средства управления, показанного на фиг. 5a, и правого средства управления, показанного на фиг. 6. Другие формы резонансной схемы переключения могут также использоваться в качестве правого и левого средств управления.

Группа изобретений относится к устройству, генерирующему аэрозоль, и к системе, генерирующей аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит один или более источников питания постоянного тока, цепь нагрузки, содержащую индуктор и конденсатор, соединенные последовательно, первую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную с цепью нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения первого падения напряжения в цепи нагрузки, вторую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную с цепью нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения второго падения напряжения в цепи нагрузки. Второе падение напряжения происходит в противоположном направлении относительно первого падения напряжения. Устройство, генерирующее аэрозоль, дополнительно содержит контроллер, соединенный с первой и второй схемами управления и выполненный с возможностью управления первой и второй схемами управления так, чтобы периодически обеспечивать оба из первого и второго падений напряжения в цепи нагрузки, и так, чтобы не обеспечивать второе падение напряжения в цепи нагрузки одновременно с первым падением напряжения. Технический результат – повышение эффективности передачи мощности индуктору и увеличение мощности, передаваемой на индуктор. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее:

один или более источников питания постоянного тока;

цепь нагрузки, содержащую индуктор и конденсатор, соединенные последовательно;

первую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную с цепью нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения первого падения напряжения в цепи нагрузки;

вторую схему управления, соединенную с одним или более источниками питания постоянного тока и соединенную с цепью нагрузки, а также выполненную с возможностью обеспечения второго падения напряжения в цепи нагрузки, при этом второе падение напряжения происходит в противоположном направлении относительно первого падения напряжения; и

контроллер, соединенный с первой и второй схемами управления и выполненный с возможностью управления первой и второй схемами управления так, чтобы периодически обеспечивать оба из первого и второго падений напряжения в цепи нагрузки, и так, чтобы не обеспечивать второе падение напряжения в цепи нагрузки одновременно с первым падением напряжения.

2. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1, отличающееся тем, что контроллер выполнен так, чтобы периодически обеспечивать первое напряжение с первой частотой, и так, чтобы периодически обеспечивать второе напряжение по существу при той же частоте.

3. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 1 или 2, отличающееся тем, что первая схема управления и вторая схема управления состоят из правого и левого средств управления, при этом компоненты схемы, соединенные с одним концом цепи нагрузки, образуют правое средство управления, и компоненты схемы, соединенные с другим концом цепи нагрузки, образуют левое средство управления, и при этом каждое из правого и левого средств управления содержит схему переключения.

4. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 3, отличающееся тем, что правое средство управления вместе с цепью нагрузки образует первый усилитель мощности, и при этом левое средство управления вместе с цепью нагрузки образует второй усилитель мощности.

5. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 4, отличающееся тем, что первый усилитель мощности или второй усилитель мощности, или как первый усилитель мощности, так и второй усилитель мощности представляют собой усилитель класса D.

6. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 4, отличающееся тем, что первый усилитель мощности или второй усилитель мощности, или как первый усилитель мощности, так и второй усилитель мощности представляют собой усилитель класса E.

7. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что контроллер выполнен с возможностью подачи второго напряжения, непосредственно не совпадающего по фазе с первым напряжением.

8. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что один или более источников питания постоянного тока содержат батарею, соединенную с обеими из первой и второй схем управления.

9. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 8, отличающееся тем, что батарея представляет собой перезаряжаемую батарею.

10. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит корпус, содержащий один или более источников питания постоянного тока, цепь нагрузки, первую и вторую схемы управления и контроллер, при этом корпус образует полость для размещения субстрата, образующего аэрозоль, и при этом устройство выполнено с возможностью индукционного нагревания субстрата, образующего аэрозоль.

11. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 10, отличающееся тем, что индуктор представляет собой катушку, расположенную смежно с полостью или окружая ее.

12. Устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что устройство представляет собой устройство, удерживаемое в руке.

13. Система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, по любому из предыдущих пунктов и изделие, генерирующее аэрозоль, содержащее субстрат, образующий аэрозоль, при этом изделие, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью по меньшей мере частичного размещения в устройстве, генерирующем аэрозоль.

14. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 13, отличающаяся тем, что изделие, генерирующее аэрозоль, содержит материал, представляющий собой токоприемник.

15. Система, генерирующая аэрозоль, по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что субстрат, образующий аэрозоль, содержит табакосодержащий материал, содержащий летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата при нагревании.