КАРТРИДЖ С РЕЗОНАНСНОЙ ЦЕПЬЮ ДЛЯ УСТРОЙСТВА, ГЕНЕРИРУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ Российский патент 2025 года по МПК A24F40/42 

Настоящее изобретение относится к картриджу для устройства, генерирующего аэрозоль. В частности настоящее изобретение относится к картриджу для устройства, генерирующего аэрозоль, при этом картридж содержит резонансную цепь, которая может быть использована для идентификации картриджа или его содержимого. Настоящее изобретение также относится к устройству, генерирующему аэрозоль, для использования с картриджем и системе, генерирующей аэрозоль, содержащей как картридж, так и устройство.

Удерживаемые рукой электрические системы, генерирующие аэрозоль, могут иметь модульную конструкцию, содержащую устройство и съемный картридж. В известных системах, генерирующих аэрозоль, устройство, как правило, содержит батарею и управляющую электронику, а картридж содержит часть для хранения жидкости, удерживающую запас жидкого субстрата, образующего аэрозоль, и электрический нагреватель. Нагреватель, как правило, содержит катушку из проволоки, которая намотана вокруг удлиненного фитиля, который переносит жидкий субстрат, образующий аэрозоль, из части для хранения жидкости к нагревателю. Через катушку из проволоки может быть пропущен электрический ток для нагрева нагревателя и, следовательно, генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Картридж обычно также содержит мундштук, через который пользователь может втягивать аэрозоль в свой рот.

Картриджи, как правило, являются взаимозаменяемыми и могут содержать ряд различных субстратов, образующих аэрозоль, которые могут значительно отличаться композицией, ароматизирующим веществом, крепостью или другими характеристиками. Пользователь может поменять картриджи по своему усмотрению. Однако условия, необходимые для превращения в аэрозоль определенного субстрата, образующего аэрозоль, или получения определенного впечатления пользователя, могут отличаться от картриджа к картриджу. В частности, профиль нагрева, необходимый для конкретного картриджа, может зависеть от характеристик субстрата, образующего аэрозоль.

Следовательно, было бы целесообразным предоставить средство для автоматической идентификации картриджа таким образом, чтобы устройство, генерирующее аэрозоль, могло соответствующим образом приспособить свои условия превращения в аэрозоль.

Согласно одному примеру настоящего изобретения предложен картридж для устройства, генерирующего аэрозоль. Картридж может содержать субстрат, образующий аэрозоль. Картридж может содержать электрический нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Картридж может содержать резонансную цепь. Резонансная цепь может быть выполнена с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте. Заданная резонансная частота может быть связана с идентификацией картриджа.

В контексте данного документа термин «резонансная цепь» относится к электрической цепи, проявляющей резонанс или резонансные свойства. То есть контур естественным образом колеблется с большей амплитудой на определенной частоте, называемой его резонансной частотой, чем на других частотах.

Преимущественно, настраивая резонансную цепь на резонанс с заданной резонансной частотой, устройство, генерирующее аэрозоль, может четко идентифицировать картридж или субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в картридже, путем определения частоты, при которой возникает резонанс. Другими словами, резонансная частота выступает характерным признаком картриджа. Для разных картриджей можно использовать различные заданные резонансные частоты, чтобы можно было различать разные картриджи. Как только картридж идентифицирован, устройство, генерирующее аэрозоль, может затем применить соответствующий профиль нагрева для субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картридже.

Преимущественно резонансная цепь может быть сконструирована из относительно небольшого количества недорогих электрических компонентов, и, следовательно, резонансная цепь представляет собой простой и экономичный способ идентификации картриджа по сравнению с другими методами идентификации, такими как микросхемы памяти или метки RFID.

Еще одним преимуществом использования резонансной цепи для идентификации картриджа является то, что резонансную цепь можно использовать в качестве средства защиты от подделок. Если пользователь попытался подключить к своему устройству, генерирующему аэрозоль, неразрешенный картридж, не имеющий резонансной частоты, или если использовалась резонансная цепь, не имеющая ожидаемой заданной резонансной частоты, устройство, генерирующее аэрозоль, может идентифицировать картридж как неразрешенный или, возможно, поддельный, и либо предупредить пользователя, либо заблокировать работу устройства.

Резонансная цепь может быть соединена параллельно с электрическим нагревателем. Преимущество соединения резонансной цепи параллельно с электрическим нагревателем состоит в том, что это способствует уменьшению потерь энергии в резонансной цепи при нагреве за счет отказа от соединения пассивных электрических компонентов резонансной цепи последовательно с нагревателем. Целесообразно минимизировать потребление энергии резонансной цепью при нагреве, чтобы на нагреватель можно было подать больше энергии. Если бы пассивные компоненты были расположены последовательно с нагревателем, то ток, подаваемый на нагреватель, проходил бы и через эти компоненты, что приводило бы к потерям энергии в этих компонентах, например, к паразитным элементам этих компонентов, таким как паразитные сопротивления.

Еще одним преимуществом соединения резонансной цепи параллельно с электрическим нагревателем является то, что для картриджа требуется всего два электрических контакта как для подачи питания на нагреватель, так и для подачи входного сигнала на резонансную цепь и получения выходного сигнала от нее. Если бы резонансная цепь была соединена последовательно, по меньшей мере одно дополнительное соединение потребовалось бы для получения выходного сигнала от резонансной цепи.

Резонансная цепь может содержать три компонента или менее. Резонансная цепь может содержать два компонента или менее. Это снижает сложность и стоимость цепи, а также уменьшает размер цепи, то есть для цепи требуется меньшая площадь печатной платы.

Резонансная цепь может содержать конденсатор и индуктор. Это простейший тип резонансной цепи и он может быть выполнен всего с двумя пассивными компонентами. Преимущественно, когда резонансная цепь расположена параллельно с нагревателем и к картриджу подается напряжение постоянного тока для нагрева нагревателя, конденсатор блокирует напряжение постоянного тока и эффективно действует как разомкнутая цепь, так что постоянный ток не протекает через резонансную цепь. Вместо этого постоянный ток протекает исключительно через нагреватель и, следовательно, потери энергии в резонансной цепи при нагреве сведены к минимуму.

Для резонансной цепи, содержащей индуктор и конденсатор (так называемая LC-цепь), резонанс возникает, когда цепь получает входной переменный сигнал, который является переменным или совершает колебания на резонансной частоте, или возбуждается им. Резонансная частота представляет собой частоту, при которой индуктивное и емкостное сопротивления равны по абсолютной величине. Резонансная частота резонансной цепи может быть определена с помощью уравнения (1):

(1)

при этом f₀ представляет собой резонансную частоту, L представляет собой индуктивность индуктора и C представляет собой емкость конденсатора.

Конденсатор и индуктор могут быть последовательно соединены. При последовательном расположении конденсатора и индуктора они могут быть соединены параллельно через нагреватель. В последовательной LC-цепи резонанс возникает, когда емкостное сопротивление и индуктивное сопротивление равны по абсолютной величине, но противоположны по фазе, так что два сопротивления компенсируют друг друга. Следовательно, при резонансном последовательном расположении конденсатора и индуктора импеданс резонансной цепи имеет минимальное значение.

Как упоминалось выше, когда резонансная цепь расположена параллельно с нагревателем и к картриджу подается напряжение постоянного тока для нагрева нагревателя, конденсатор блокирует напряжение постоянного тока и эффективно действует как разомкнутая цепь, так что постоянный ток не протекает через резонансную цепь. Следовательно, при последовательном соединении индуктора с конденсатором также предотвращается протекание постоянного тока через индуктор, что снижает потери энергии.

Заданную резонансную частоту резонансной цепи можно определить с помощью емкости конденсатора. В этой ситуации индуктивность индуктора может быть постоянной. Индуктивность индуктора может быть установлена на уровне приблизительно 1 микрогенри (мкГн), хотя для достижения заданной резонансной частоты можно использовать любое подходящее значение индуктивности. Заданная резонансная частота может быть изменена путем изменения емкости конденсатора. Емкость конденсатора может быть изменена с использованием конденсаторов, имеющих различные значения емкости. Преимущественно это просто предусматривает замену одного компонента для конкретной резонансной частоты. Можно использовать любой конденсатор, имеющий подходящее значение емкости для достижения заданной резонансной частоты. Емкость конденсатора может быть в диапазоне от 0,1 нанофарада (нФ) до 10 нФ. Емкость конденсатора можно изменить путем использования диапазона стандартных значений конденсатора. Например, можно использовать следующие значения конденсатора: 0,27 нФ, 0,39 нФ, 0,56 нФ, 0,82 нФ, 1,2 нФ, 1,8 нФ, 2,7 нФ, 3,9 нФ, 5,6 нФ и 8,2 нФ. Эти значения взяты из стандартных значений конденсатора серии E12 и, следовательно, легко доступны.

Альтернативно заданную резонансную частоту резонансной цепи можно определить индуктивностью индуктора. Резонансную частоту можно изменить путем изменения индуктивности индуктора. В этой ситуации емкость конденсатора может быть постоянной. Емкость конденсатора может быть установлена на уровне 270 нанофарад, хотя для достижения заданной резонансной частоты можно использовать любое подходящее значение емкости. Индуктивность индуктора можно изменить путем использования индукторов, имеющих различные значения индуктивности. Преимущественно это просто предусматривает замену одного компонента для конкретной резонансной частоты. Можно использовать любой индуктор, имеющий подходящее значение индуктивности для достижения заданной резонансной частоты. Индуктивность индуктора может быть в диапазоне от 0,1 наногенри (нГн) до 330 нГн. Например, можно использовать следующие значения индуктора: 1 нГн, 1,5 нГн, 2,2 нГн, 3,3 нГн, 4,7 нГн, 6,8 нГн, 10 нГн, 15 нГн, 22 нГн и 33 нГн. Эти значения взяты из стандартных значений индуктора серии E12 и, следовательно, легко доступны.

Альтернативно заданную резонансную частоту резонансной цепи можно определить как емкостью конденсатора, так и индуктивностью индуктора. Любое подходящее сочетание значений емкости и индуктивности можно использовать для достижения заданной резонансной частоты.

Заданная резонансная частота может быть в диапазоне от 10 килогерц (кГц) до 100 мегагерц (МГц), предпочтительно в диапазоне от 100 кГц до 20 МГц, и более предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 11 МГц. Преимущество использования относительно высоких резонансных частот, например, частот в мегагерцевом диапазоне, заключается в том, что это сокращает время измерения, необходимое для обнаружения резонанса. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что частотная развертка высоких частот может выполняться быстрее, чем частотная развертка низких частот. Еще одним преимуществом использования частот в мегагерцевом диапазоне является то, что он увеличивает долю измерительного сигнала, проходящего через резонансную цепь, по сравнению с нагревателем. Когда переменный сигнал подается на картридж для обнаружения резонанса, он разделяется между нагревателем и резонансной цепью. В отличие от сигнала постоянного тока, переменный сигнал может проходить через конденсатор резонансной цепи. Было обнаружено, что через нагреватель на более высоких частотах передается меньшая доля сигнала, чем на более низких частотах. Преимущественно это облегчает обнаружение резонансной частоты по сравнению с использованием более низких частот, а также снижает потери энергии в нагревателе.

Резонансная цепь может содержать несколько конденсаторов, расположенных параллельно. Комбинированную емкость нескольких конденсаторов можно использовать для создания резонанса. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что выполнение емкостной части резонансной цепи с использованием двух или более конденсаторов, расположенных параллельно, способствует улучшению частотной характеристики резонансной цепи. То есть параллельное расположение помогает улучшить выход сигнала от резонансной цепи для конкретной входной частоты, что способствует обнаружению резонансной частоты. Это связано с тем, что параллельное расположение конденсаторов помогает уменьшить паразитные последовательные сопротивления.

Резонансная цепь может быть размещена на печатной плате (PCB). Резонансная цепь может быть размещена на своей отдельной PCB. Это позволяет изготовить резонансную цепь в виде отдельной модульной части картриджа и выполнять функцию автономного устройства для идентификации или защиты от подделок. Учитывая, что резонансная цепь может быть выполнена с использованием относительно небольшого количества компонентов, требуется меньшая площадь PCB, чтобы PCB могла легко поместиться в картридже удерживаемого рукой устройства, генерирующего аэрозоль.

Индуктор может быть выполнен непосредственно на PCB в виде электропроводящей дорожки. Это может быть легко выполнено при изготовлении PCB и уменьшает количество компонентов, необходимых для резонансной цепи. Альтернативно индуктор может содержать дискретное устройство для поверхностного монтажа, установленное на PCB. Конденсатор также может содержать дискретное устройство для поверхностного монтажа, установленное на PCB.

Резонансная цепь может быть содержать конденсатор, соединенный параллельно с нагревателем. Резонансная цепь может быть выполнена с возможностью использования паразитной индуктивности резонансной цепи совместно с емкостью конденсатора для получения резонанса.

В контексте данного документа термин «паразитная индуктивность» относится к неизбежному эффекту индуктивности всех «реальных» электронных компонентов, который может быть результатом ряда факторов, таких как геометрия компонента, материалы компонента или того, как компонент используется в цепи. Например, в дополнение к сопротивлению резистор может иметь паразитную индуктивность, и в дополнение к емкости конденсатор может иметь паразитную индуктивность. Вышеупомянутый термин «реальный» используется для того, чтобы отличить фактические физические компоненты, используемые в цепях, от идеальных компонентов, которые существуют чисто теоретически и имеют одну предполагаемую характеристику, такую​как чистое сопротивление или чистая емкость без паразитного элемента. Обычно паразитная индуктивность является нежелательным эффектом индуктивности. Кроме того, ее влияние часто незначительно, и во многих применениях им можно пренебречь. Однако авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что в определенных применениях это может быть преимуществом.

Преимущественно, используя паразитную индуктивность резонансной цепи вместо фактического компонента индуктора, можно уменьшить количество компонентов в резонансной цепи. Это упрощает цепь и уменьшает площадь PCB, необходимую для цепи.

Поскольку паразитные индуктивности часто относительно малы по сравнению с индуктивностью фактических компонентов индуктора, создаваемые ими резонансные частоты обычно выше. Заданная резонансная частота может находиться в диапазоне от 100 кГц до 100 МГц, и предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 50 МГц. Эти диапазоны частот имеют такие же преимущества, которые рассматривались выше при описании резонансной цепи с использованием фактического индуктора.

Заданную резонансную частоту резонансной цепи можно определить с помощью емкости конденсатора. Заданная резонансная частота резонансной цепи может быть изменена путем изменения емкости конденсатора. Это может быть достигнуто за счет использования конденсаторов с различными значениями емкости и просто предусматривает замену одного компонента для конкретной резонансной цепи. Можно использовать любой конденсатор, имеющий подходящее значение емкости для достижения заданной резонансной частоты. Емкость конденсатора может быть в диапазоне от 1 нанофарада (нФ) до 100 нФ. Емкость конденсатора можно изменить путем использования диапазона стандартных значений конденсатора. Например, можно использовать следующие значения конденсатора: 2,7 нФ, 3,9 нФ, 5,6 нФ, 8,2 нФ, 12 нФ, 18 нФ, 27 нФ, 39 нФ, 56 нФ и 82 нФ. Эти значения взяты из стандартных значений конденсатора серии E12 и, следовательно, легко доступны.

Резонансная цепь может быть расположена с возможностью соединения с источником переменного сигнала и выполнена с возможностью резонирования, когда заданная резонансная частота по сути равна частоте переменного сигнала. Это позволяет резонансной цепи получать входной переменный сигнал или управляться им для определения резонансной частоты.

Нагреватель может содержать один или более нагревательных элементов. Нагревательный элемент может иметь любую подходящую форму или геометрию. Например, нагревательный элемент может быть прямым, иметь форму катушки или иметь волнообразную или извилистую форму. Нагревательный элемент может содержать нагревательную проволоку или нить, например, проволоку из Ni-Cr (никель-хрома), платины, вольфрама или сплавов.

Нагревательный элемент может быть образован из любого материала с подходящими электрическими свойствами. Подходящие материалы включают, но без ограничения: полупроводники, такие как легированная керамика, электрически «проводящую» керамику (такую как, например, дисилицид молибдена), углерод, графит, металлы, сплавы металлов и композитные материалы, изготовленные из керамического материала и металлического материала. Такие композиционные материалы могут содержать легированную или нелегированную керамику. Примеры подходящей легированной керамики включают легированные карбиды кремния. Примеры подходящих металлов включают титан, цирконий, тантал и металлы из платиновой группы.

Примеры подходящих сплавов металлов включают нержавеющую сталь, константан, никель-, кобальт-, хром-, алюминий-, титан-, цирконий-, гафний-, ниобий-, молибден-, тантал-, вольфрам-, олово-, галлий-, марганец- и железосодержащие сплавы, а также суперсплавы на основе никеля, железа, кобальта, нержавеющей стали, Timetal®, сплавы на основе железа и алюминия, а также сплавы на основе железа, марганца и алюминия. Timetal® представляет собой зарегистрированную торговую марку компании «Titanium Metals Corporation». Нити могут быть покрыты одним или более изоляционными материалами. Предпочтительными материалами для электропроводящих нитей являются нержавеющая сталь и графит, более предпочтительно нержавеющая сталь марок 300 серии, таких как AISI 304, 316, 304L, 316L. В дополнение электропроводящий нагревательный элемент может содержать комбинации вышеописанных материалов. Комбинацию материалов можно использовать для улучшения управления сопротивлением по существу плоского нагревательного элемента. Например, материалы с высоким собственным сопротивлением могут комбинироваться с материалами с низким собственным сопротивлением. Это может быть преимущественным, если один из материалов является более предпочтительным по другим причинам, например, из-за стоимости, обрабатываемости или других физических и химических параметров. Преимущественно нагреватели с высоким удельным сопротивлением обеспечивают возможность более эффективного использования энергии батареи.

Нагревательный элемент может представлять собой проницаемый для текучей среды нагревательный элемент. Проницаемый для текучей среды нагревательный элемент может содержать множество промежутков или прорезей, которые проходят от первой стороны ко второй стороне нагревательного элемента, и через которые может проходить текучая среда.

Нагревательный элемент может содержать по существу плоский нагревательный элемент, что обеспечивает простое изготовление. Геометрически термин «по существу плоский» нагревательный элемент используется для обозначения нагревательного элемента, имеющего форму по существу двумерного топологического многообразия. Таким образом, по существу плоский нагревательный элемент проходит в двух направлениях по поверхности в значительно большей мере, чем в третьем измерении. В частности, размеры по существу плоского нагревательного элемента в двух измерениях в пределах поверхности по меньшей мере в пять раз больше, чем в третьем измерении, перпендикулярном этой поверхности. Примером по существу плоского нагревательного элемента является структура между двумя по существу воображаемыми параллельными поверхностями, при этом расстояние между этими двумя воображаемыми поверхностями по существу меньше, чем протяженность в пределах этих поверхностей. В некоторых вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент является планарным. В других вариантах осуществления по существу плоский нагревательный элемент является изогнутым вдоль одного или более измерений, например, образуя куполообразную форму или мостовую форму.

Нагревательный элемент может содержать множество электропроводящих нитей. Термин «нить» используется для обозначения электрической дорожки, расположенной между двумя электрическими контактами. Нить может произвольным образом разветвляться и расходиться на несколько путей или нитей, соответственно, или несколько электрических путей могут сходиться в один путь. Форма поперечного сечения нити может быть круглой, квадратной, плоской или любой другой. Нить может быть расположена прямолинейным или криволинейным образом.

Нагревательный элемент может представлять собой матрицу нитей, например, расположенных параллельно друг другу. Предпочтительно нити могут образовывать сетку. Сетка может быть плетеной или неплетеной. Сетка может быть образована с использованием различных типов плетеных или решетчатых структур. Альтернативно электропроводящий нагревательный элемент состоит из матрицы нитей или тканого полотна из нитей. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводящих нитей также могут характеризоваться своей способностью удерживать жидкость.

В предпочтительном примере по существу плоский нагревательный элемент может быть выполнен из проволоки, которая образует проволочную сетку. Предпочтительно сетка имеет конструкцию полотняного переплетения. Предпочтительно нагревательный элемент представляет собой проволочную решетку, выполненную из полосок сетки.

Электропроводящие нити могут образовывать промежутки между нитями, и промежутки могут иметь ширину от 10 микрометров до 100 микрометров. Предпочтительно нити создают капиллярный эффект в промежутках, так что при использовании жидкость, предназначенная для испарения, втягивается в промежутки, увеличивая площадь контакта между нагревательным элементом и жидким субстратом, образующим аэрозоль.

Электропроводящие нити могут образовывать сетку размером от 60 до 240 нитей на сантиметр (± 10 процентов). Предпочтительно плотность сетки составляет от 100 до 140 нитей на сантиметры (± 10 процентов). Более предпочтительно плотность сетки составляет приблизительно 115 нитей на сантиметр. Ширина промежутков может составлять от 100 микрометров до 25 микрометров, предпочтительно от 80 микрометров до 70 микрометров, более предпочтительно приблизительно 74 микрометра. Процентная доля открытой площади сетки, которая является отношением площади промежутков к общей площади сетки, может составлять от 40 процентов до 90 процентов, предпочтительно от 85 процентов до 80 процентов, более предпочтительно приблизительно 82 процента.

Электропроводящие нити могут иметь диаметр от 8 микрометров до 100 микрометров, предпочтительно от 10 микрометров до 50 микрометров, более предпочтительно от 12 микрометров до 25 микрометров и наиболее предпочтительно приблизительно 16 микрометров. Нити могут иметь круглое поперечное сечение или могут иметь сплющенное поперечное сечение.

Площадь сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей может быть небольшой, например, меньшей или равной 50 квадратным миллиметрам, предпочтительно меньшей или равной 25 квадратным миллиметрам, более предпочтительно приблизительно 15 квадратным миллиметрам. Размер выбирается так, чтобы включить нагревательный элемент в удерживаемую рукой систему. Использование размеров сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей, составляющих менее или равных 50 квадратным миллиметрам, снижает величину общей мощности, необходимой для нагрева сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей, при этом все еще обеспечивая достаточный контакт сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей с жидким субстратом, образующим аэрозоль. Сетка, матрица или тканое полотно из электропроводящих нитей может, например, иметь прямоугольную форму с длиной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров, и шириной, составляющей от 2 миллиметров до 10 миллиметров. Предпочтительно сетка имеет размеры приблизительно 5 миллиметров на 3 миллиметра.

Предпочтительно нити выполнены из проволоки. Более предпочтительно проволока выполнена из металла, наиболее предпочтительно из нержавеющей стали.

Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей нагревательного элемента может составлять от 0,3 Ом до 4 Ом. Предпочтительно электрическое сопротивление равно или выше 0,5 Ом. Более предпочтительно электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей составляет от 0,6 Ом до 0,8 Ом и наиболее предпочтительно приблизительно 0,68 Ом. Электрическое сопротивление сетки, матрицы или тканого полотна из электропроводящих нитей предпочтительно по меньшей мере на порядок и более предпочтительно по меньшей мере на два порядка больше чем электрическое сопротивление любых электропроводящих контактных частей. Это обеспечивает локализацию тепла, сгенерированного посредством прохождения тока через нагревательный элемент, на сетке или матрице из электропроводящих нитей. Преимущественно нагревательный элемент имеет низкое общее сопротивление, если питание в систему подается от батареи. Система с низким сопротивлением и высоким током обеспечивает возможность подачи высокой мощности на нагревательный элемент. Это обеспечивает возможность быстрого нагрева нагревательным элементом электропроводящих нитей до необходимой температуры.

Альтернативно нагревательный элемент может содержать нагревательную пластину, в которой выполнен ряд прорезей. Прорези могут быть выполнены, например, посредством травления или механической обработки. Указанная пластина может быть выполнена из любого материала с подходящими электрическими свойствами, например, материалы, описанные выше в отношении нагревательного элемента.

Части электрического контакта могут быть расположены на противоположных концах нагревательного элемента. Части электрического контакта могут содержать две электропроводящие контактные площадки. Электропроводящие контактные площадки могут быть расположены в области кромки нагревательного элемента. Предпочтительно по меньшей мере две электропроводящие контактные площадки могут быть расположены по краям нагревательного элемента. Электропроводящая контактная площадка может быть прикреплена непосредственно к электропроводящим нитям нагревательного элемента. Электропроводящая контактная площадка может содержать накладку из олова. Альтернативно электропроводящая контактная площадка может представлять собой единое целое с нагревательным элементом.

Картридж может содержать отсек для хранения жидкости. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в отсеке для хранения жидкости. Отсек для хранения жидкости может иметь первую и вторую части, находящиеся в сообщении друг с другом. Первая часть отсека для хранения жидкости может быть на стороне нагревателя, противоположной стороне, на которой находится вторая часть отсека для хранения жидкости. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в первой части отсека для хранения жидкости.

Преимущественно первая часть отсека для хранения больше, чем вторая часть отсека для хранения. Картридж может быть выполнен с возможностью обеспечения пользователю возможности втягивания или всасывания из картриджа для вдыхания аэрозоля, генерируемого в картридже. При использовании отверстие на мундштучном конце картриджа, как правило, расположено над нагревателем, при этом первая часть отсека для хранения расположена между отверстием на мундштучном конце и нагревателем. Благодаря тому, что первая часть отсека для хранения больше, чем вторая часть отсека для хранения, обеспечивается возможность доставки жидкости из первой части отсека для хранения ко второй части отсека для хранения и, следовательно, к нагревателю, под действием силы тяжести во время использования.

Картридж может иметь мундштучный конец, через который пользователь может втягивать генерируемый аэрозоль, и соединительный конец, выполненный с возможностью соединения с устройством, генерирующим аэрозоль, при этом первая сторона нагревателя обращена к мундштучному концу, а вторая сторона нагревателя обращена к соединительному концу.

Картридж может образовывать закрытый путь или проход для потока воздуха от впускного отверстия для воздуха, проходящий мимо первой стороны нагревателя к отверстию на мундштучном конце картриджа. Закрытый проход для потока воздуха может проходить через первую или вторую часть отсека для хранения жидкости. В одном варианте осуществления путь для потока воздуха проходит между первой и второй частями отсека для хранения жидкости. В дополнение проход для потока воздуха может проходить через первую часть отсека для хранения жидкости. Например, первая часть отсека для хранения жидкости может иметь кольцевое поперечное сечение, причем проход для потока воздуха проходит от нагревателя до части в виде мундштучного конца через первую часть отсека для хранения жидкости. Альтернативно проход для потока воздуха может проходить от нагревателя до отверстия на мундштучном конце смежного с первой частью отсека для хранения жидкости.

Картридж может содержать капиллярный материал, контактирующий со второй стороной нагревателя. Капиллярный материал доставляет жидкий субстрат, образующий аэрозоль, к нагревателю с преодолением силы тяжести. Поскольку требуется, чтобы при использовании жидкий субстрат, образующий аэрозоль, перемещался с преодолением силы тяжести для достижения нагревателя, снижена вероятность попадания крупных капель жидкости в проход для потока воздуха.

Термин «капиллярный материал» означает материал, который транспортирует жидкость от одного конца материала к другому за счет капиллярного эффекта. Капиллярный материал может иметь волокнистую или губчатую структуру. Капиллярный материал предпочтительно содержит пучок капилляров. Например, капиллярный материал может содержать множество волокон или нитей, или других трубок с узкими каналами. Волокна или нити могут быть, в целом, выровнены для перемещения жидкого субстрата, образующего аэрозоль, в направлении нагревательного элемента. Альтернативно капиллярный материал может содержать губкообразный или пенообразный материал. Структура капиллярного материала образует множество небольших каналов или трубок, через которые жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может переноситься за счет капиллярного эффекта. Капиллярный материал может проходить в промежутки или прорези в нагревателе. Нагреватель может втягивать жидкий субстрат, образующий аэрозоль, внутрь указанных промежутков или прорезей за счет капиллярного эффекта.

Капиллярный материал может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примерами подходящих материалов являются губчатый или вспененный материал, материалы на основе керамики или графита в виде волокон или спеченных порошков, вспененный металлический или пластмассовый материал, волоконный материал, например, изготовленный из крученых или экструдированных волокон, таких как ацетилцеллюлозные, сложнополиэфирные или связанные полиолефиновые, полиэтиленовые, териленовые или полипропиленовые волокна, нейлоновые волокна или керамика. Капиллярный материал может иметь любые подходящие капиллярность и пористость для его использования с жидкостями, имеющими различные физические свойства. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, имеет такие физические свойства, включая, но без ограничения, вязкость, поверхностное натяжение, плотность, теплопроводность, температуру кипения и давление пара, которые обеспечивают возможность передачи жидкого субстрата, образующего аэрозоль, через капиллярную среду за счет капиллярного эффекта.

Альтернативно или в дополнение картридж может содержать материал с удерживающей способностью для удержания жидкого субстрата, образующего аэрозоль. Материал с удерживающей способностью может находиться в первой части отсека для хранения, второй части отсека для хранения или как в первой, так и во второй частях отсека для хранения. Материал с удерживающей способностью может представлять собой пеноматериал, губку или совокупность волокон. Материал с удерживающей способностью может быть образован из полимера или сополимера. В одном варианте осуществления материал с удерживающей способностью представляет собой скрученный полимер. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может высвобождаться внутрь материала с удерживающей способностью во время использования. Например, жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в капсуле.

Картридж преимущественно содержит жидкий субстрат, образующий аэрозоль. В контексте данного документа термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к субстрату, способному высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут высвобождаться в результате нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть жидким при комнатной температуре. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать как жидкие, так и твердые компоненты. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Никотиносодержащий жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может представлять собой матрицу из никотиновой соли. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табак. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать одно или более веществ для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля представляет собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которая, при использовании способствует образованию плотного и стабильного аэрозоля и является по существу устойчивой к термической деградации при рабочей температуре системы. Примеры подходящих веществ для образования аэрозоля включают глицерин и пропиленгликоль. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин, сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать воду, растворители, этанол, растительные экстракты и натуральные или искусственные ароматизаторы.

Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой глицерин или пропиленгликоль. Вещество для образования аэрозоля может содержать как глицерин, так и пропиленгликоль. Концентрация никотина в жидком субстрате, образующем аэрозоль, может составлять от приблизительно 0,5% до приблизительно 10%, например, приблизительно 2%.

Картридж может содержать корпус. Корпус может быть выполнен из поддающегося формованию пластмассового материала, такого как полипропилен (PP) или полиэтилентерефталат (PET). Корпус может частично или полностью образовывать стенку одной или обеих частей отсека для хранения жидкости. Корпус и отсек для хранения жидкости могут быть выполнены как единое целое. В качестве альтернативы отсек для хранения жидкости может быть выполнен отдельно от корпуса и объединен с корпусом.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предложено устройство, генерирующее аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус, выполненный с возможностью размещения картриджа, как описано выше. Корпус может содержать электрическое соединение для электрического соединения с картриджем. Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать источник питания для подачи электропитания на электрический нагреватель картриджа. Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать источник переменного сигнала для подачи переменного сигнала на резонансную цепь картриджа. Устройство, генерирующее аэрозоль, может дополнительно содержать схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель и контролируемого изменения частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь. Схема управления может быть выполнена с возможностью приема выходного сигнала от резонансной цепи. Схема управления также может быть выполнена с возможностью определения, когда в резонансной цепи происходит резонанс, путем обнаружения, когда выходной сигнал достигает заданного порогового значения. Схема управления также может быть выполнена с возможностью определения частоты, на которой происходит резонанс. Схема управления также может быть выполнена с возможностью идентификации картриджа на основе определяемой резонансной частоты.

Преимущественно устройство, генерирующее аэрозоль, может быть использовано с одним из вышеописанных картриджей и способно идентифицировать картридж, чтобы можно было использовать соответствующие условия превращения в аэрозоль для конкретного субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картридже. Кроме того, устройство, генерирующее аэрозоль, преимущественно способно обнаруживать неразрешенные или поддельные картриджи, которые не предоставляют устройству ожидаемых резонансных частот.

Заданное пороговое значение, используемое для определения, когда происходит резонанс, может включать максимум или минимум выходного сигнала.

Схема управления может быть выполнена с возможностью развертки частоты переменного сигнала в заданном диапазоне частот в течение заданного периода времени. Преимущественно было обнаружено, что развертка заданного диапазона частот является эффективным способом обнаружения ожидаемых резонансных частот в пределах диапазона частот. Схема управления устройства, генерирующего аэрозоль, может быть выполнена с возможностью выполнения этого быстро и эффективно.

Частота переменного сигнала может колебаться в заданном диапазоне частот в пределах заданного периода времени, составляющего 5 миллисекунд или менее. Это позволяет быстро обнаруживать резонансную частоту и идентифицировать картридж. Кроме того, время обнаружения, составляющее 5 миллисекунд, является достаточно коротким для того, чтобы могла быть выполнена идентификация картриджа во время отключения питания источника питания с широтно-импульсной модуляцией, подаваемого на нагреватель, например, источника питания с широтно-импульсной модуляцией, имеющего период 10 миллисекунд и 50-процентный рабочий цикл.

В качестве альтернативы непрерывной развертки заданного диапазона частот схема управления устройства, генерирующего аэрозоль, может быть выполнена с возможностью отслеживания нескольких заданных частот или частотных полос диапазона частоты для определения того, происходит ли резонанс на этих частотах или в пределах частотных полос. Схема управления может быть выполнена с возможностью последовательного перемещения или скачка между частотами или частотными полосами для определения резонансной частоты и, следовательно, идентификации картриджа. Преимущественно это может сократить время, затрачиваемое на определение резонансной частоты, и может снизить потребление энергии при идентификации картриджа.

Пиковое напряжение переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь может составлять 2 Вольта (В) или менее, предпочтительно 1,5 В или менее и более предпочтительно 1 В или менее. Преимущественно, используя пиковое напряжение, составляющее 2 В или менее для переменного сигнала, можно избежать любого значительного нагрева нагревателя и, следовательно, можно уменьшить или свести к минимуму потери энергии.

Схема управления может содержать микропроцессор. Микропроцессор может представлять собой программируемый микропроцессор, микроконтроллер или специализированную интегральную схему (ASIC) или другую электронную схему, способную обеспечивать управление. Схема управления может содержать дополнительные электронные компоненты. Например, в некоторых вариантах осуществления схема управления может содержать любое из следующего: датчики, переключатели, отображающие элементы. Питание может подаваться на элемент, генерирующий аэрозоль, непрерывно после активации устройства или может подаваться с перерывами, например, от затяжки к затяжке. Питание может подаваться на элемент, генерирующий аэрозоль, в виде импульсов электрического тока, например, посредством широтно-импульсной модуляции (PWM). Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может быть литий-железо-фосфатной батареей, расположенной внутри устройства. В качестве альтернативы источник питания может представлять собой другой вид устройства накопления заряда, такой как конденсатор.

Схема управления может содержать цепь обнаружения резонанса для обнаружения возникновения резонанса. Цепь обнаружения резонанса может содержать цепь обнаружения пика для обнаружения, когда значение выходного сигнала достигает пикового значения или заданного порогового значения. В контексте данного документа термин «цепь обнаружения пика» используется для обозначения цепи, которая может обнаруживать как максимальное значение или максимальное пороговое значение, так и минимальное значение или минимальное пороговое значение.

В некоторых примерах схема управления выполнена с возможностью обращения к справочной таблице, хранящейся в памяти схемы управления, и сравнения определенной резонансной частоты с одной или более эталонными резонансными частотами, хранящимися в справочной таблице.

Иными словами, схема управления может содержать память, хранящую одно или более эталонных значений резонансной частоты, причем каждое эталонное значение резонансной частоты связано с конкретной идентификацией картриджа. Схема управления выполнена с возможностью сравнения определенного значения резонансной частоты, измеренного по резонансной цепи, с эталонными значениями резонансной частоты, хранящимися в справочной таблице. Если определенное значение резонансной частоты соответствует эталонному значению резонансной частоты, хранящемуся в справочной таблице, идентификация картриджа определяется как идентификация картриджа, связанная с совпавшим эталонным значением резонансной частоты.

Следует понимать, что диапазоны значений эталонной частоты могут быть сохранены в справочной таблице, и каждый диапазон значений эталонной резонансной частоты может быть связан с конкретной идентификацией картриджа. Когда определенное значение резонансной частоты сравнивается с диапазонами значений резонансной частоты, и определенное значение резонансной частоты попадает в диапазон значений эталонной резонансной частоты, идентификация картриджа определяется как идентификация картриджа, связанная с диапазоном значений эталонной частоты, в которую попало определенное значение резонансной частоты.

Схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей питания от источника питания устройства, генерирующего аэрозоль, на электрический нагреватель картриджа на основе определенной идентификации картриджа.

В некоторых примерах схема управления может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания от источника питания на электрический нагреватель, если не распознана идентификация картриджа. Другими словами, если определенная резонансная частота не равна ожидаемому значению резонансной частоты, схема управления может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания от источника питания на электрический нагреватель. В вариантах осуществления, в которых справочная таблица эталонных значений резонансной частоты хранится в памяти контроллера, схема управления может быть выполнена с возможностью предотвращения подачи питания на электрический нагреватель, когда определенная резонансная частота не соответствует ни одному из сохраненных эталонных значений резонансной частоты. Преимущественно предотвращение подачи питания на электрические нагреватели, когда определенная резонансная частота не соответствует ожидаемой резонансной частоте, может предотвратить или воспрепятствовать использованию неразрешенных картриджей с устройством, генерирующим аэрозоль.

В некоторых примерах схема управления может быть выполнена с возможностью регулирования питания, подаваемого от источника питания на электрический нагреватель, на основе определенной идентификации картриджа. Это может позволить устройству, генерирующему аэрозоль, нагревать различные субстраты, образующие аэрозоль, содержащиеся в разных картриджах, до разных температур.

Преимущественно выполнение схемы управления с возможностью регулирования питания, подаваемого на электрический нагреватель, на основе определенной идентификации картриджа, может позволить использовать устройство, генерирующее аэрозоль, с различными типами картриджей, содержащими различные субстраты, образующие аэрозоль. Поскольку различные субстраты, образующие аэрозоль, могут потребовать нагрева до различных температур для получения аэрозоля с нужными характеристиками, регулировка питания, подаваемого на нагреватель, на основе определенной идентификации картриджа может обеспечить то, что устройство, генерирующее аэрозоль, выполнено с возможностью генерирования оптимального аэрозоля из разных картриджей, содержащих различные субстраты, образующие аэрозоль.

В некоторых примерах схема управления может быть выполнена с возможностью подачи первого питания на электрический нагреватель, когда определена идентификация первого картриджа, и схема управления также может быть выполнена с возможностью подачи второго питания, отличного от первого питания, на электрический нагреватель, когда определена идентификация второго картриджа, отличная от идентификации первого картриджа.

Источник питания может представлять собой источник питания постоянного тока. Источник питания может представлять собой батарею. Батарея может представлять собой батарею на основе лития, например, литий-кобальтовую, литий-железо-фосфатную, литий-титанатную или литий-полимерную батарею. Батарея может представлять собой никель-металл-гидридную батарею или никель-кадмиевую батарею. Источник питания может представлять собой другой вид устройства накопления заряда, такой как конденсатор. Источник питания может быть перезаряжаемым и быть выполнен с возможностью осуществления множества циклов заряда и разряда. Источник питания может иметь емкость, которая делает возможным накопление достаточного количества энергии для одного или более сеансов использования пользователем; например, источник питания может иметь достаточную емкость, чтобы сделать возможным непрерывное генерирование аэрозоля в течение периода, составляющего приблизительно шесть минут, что соответствует обычному времени, затрачиваемому на выкуривание традиционной сигареты, или в течение периода, кратного шести минутам. В другом примере источник питания может иметь достаточную емкость для обеспечения возможности осуществления заданного количества затяжек или отдельных активаций узла распыления.

Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать корпус. Корпус может быть продолговатым. Корпус может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов. Примеры подходящих материалов включают металлы, сплавы, пластмассы или композитные материалы, содержащие один или более из таких материалов, или термопластичные материалы, подходящие для применений в пищевой или фармацевтической промышленности, например, полипропилен, полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэтилен. Материал предпочтительно является легким и нехрупким.

Согласно другому примеру настоящего изобретения предложена система, генерирующая аэрозоль. Система, генерирующая аэрозоль, может содержать вышеописанное устройство, генерирующее аэрозоль, и вышеописанный картридж.

Система, генерирующая аэрозоль, может представлять собой удерживаемую рукой систему, генерирующую аэрозоль, выполненную с возможностью обеспечения осуществления пользователем затяжки на мундштуке для втягивания аэрозоля через отверстие на мундштучном конце. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь общую длину от приблизительно 30 мм до приблизительно 150 мм. Система, генерирующая аэрозоль, может иметь внешний диаметр от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм.

Настоящее изобретение определено в формуле изобретения. Однако ниже предложен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любые один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любыми одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанных в данном документе.

Пример Ex1: Картридж для устройства, генерирующего аэрозоль, причем картридж содержит: субстрат, образующий аэрозоль; и резонансную цепь; при этом резонансная цепь выполнена с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте, при этом заданная резонансная частота связана с идентификацией картриджа.

Пример Ex2: Картридж согласно примеру Ex1, который дополнительно содержит электрический нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль.

Пример Ex3: Картридж согласно примеру Ex2, при этом резонансная цепь соединена параллельно с электрическим нагревателем.

Пример Ex4: Картридж согласно любому из примеров Ex1-Ex3, при этом резонансная цепь содержит конденсатор и индуктор.

Пример Ex5: Картридж согласно примеру Ex4, при этом конденсатор и индуктор соединены последовательно.

Пример Ex6: Картридж согласно примеру Ex4 или Ex5, при этом заданная резонансная частота резонансной цепи определяется емкостью конденсатора, и при этом заданная резонансная частота может быть изменена путем изменения емкости конденсатора.

Пример Ex7: Картридж согласно любому из предыдущих примеров, при этом заданная резонансная частота находится в диапазоне от 10 кГц до 100 МГц, предпочтительно в диапазоне от 100 кГц до 20 МГц, и более предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 11 МГц.

Пример Ex8: Картридж согласно любому из примеров Ex4-Ex7, при этом емкость конденсатора находится в диапазоне от 0,1 нФ до 10 нФ.

Пример Ex9: Картридж согласно любому из примеров Ex4-Ex8, при этом резонансная цепь содержит несколько конденсаторов, расположенных параллельно, и при этом комбинированная емкость нескольких конденсаторов используется для получения резонанса.

Пример Ex10: Картридж согласно любому из примеров Ex4-Ex9, при этом резонансная цепь расположена на печатной плате (PCB), и при этом индуктор выполнен непосредственно на PCB в виде электропроводящей дорожки.

Пример Ex11: Картридж согласно любому из примеров Ex1-Ex3, при этом резонансная цепь содержит конденсатор, соединенный параллельно с нагревателем, и резонансная цепь выполнена с возможностью использования паразитной индуктивности резонансной цепи совместно с емкостью конденсатора для получения резонанса.

Пример Ex12: Картридж согласно примеру Ex11, при этом заданная резонансная частота находится в диапазоне от 100 кГц до 100 МГц, и предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 50 МГц.

Пример Ex13: Картридж согласно примеру Ex11 или Ex12, при этом емкость конденсатора находится в диапазоне от 1 нФ до 300 нФ.

Пример Ex14: Картридж согласно любому из примеров Ex1-Ex5, при этом заданная резонансная частота резонансной цепи определяется индуктивностью индуктора, и при этом резонансная частота может быть изменена путем изменения индуктивности индуктора.

Пример Ex15: Картридж согласно примеру Ex14, при этом индуктивность индуктора находится в диапазоне от 0,1 нГн до 330 нГн.

Пример Ex16: Картридж согласно любому предыдущему примеру, при этом резонансная цепь расположена с возможностью соединения с источником переменного сигнала и выполнена с возможностью резонирования, когда заданная резонансная частота по сути равна частоте переменного сигнала.

Пример Ex17: Картридж согласно любому предыдущему примеру, при этом электрический нагреватель является проницаемым для текучей среды нагревателем и предпочтительно сетчатым нагревателем.

Пример Ex18: Устройство, генерирующее аэрозоль, содержащее: корпус, выполненный с возможностью размещения картриджа согласно любому из примеров Ex1-Ex17, при этом корпус содержит электрическое соединение для электрического соединения картриджа; источник питания для подачи электропитания на электрический нагреватель картриджа; источник переменного сигнала для подачи переменного сигнала на резонансную цепь картриджа; и схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель и контролируемого изменения частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь; при этом схема управления выполнена с возможностью приема выходного сигнала от резонансной цепи; и при этом схема управления дополнительно выполнена с возможностью: определения, когда происходит резонанс в резонансной цепи путем обнаружения, когда выходной сигнал достигает заданного порогового значения; определения частоты, на которой происходит резонанс; и идентификации картриджа на основе определенной резонансной частоты.

Пример Ex19: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ex18, при этом схема управления выполнена с возможностью развертки частоты переменного сигнала в заданном диапазоне частот в пределах заданного периода времени, при этом заданный период времени составляет 5 миллисекунд или менее.

Пример Ex20: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно примеру Ex18 или Ex19, при этом пиковое напряжение переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь составляет 2 В или менее, предпочтительно 1,5 В или менее и более предпочтительно 1 В или менее.

Пример Ex21: Устройство, генерирующее аэрозоль, согласно любому из примеров Ex18-Ex20, при этом заданное пороговое значение включает максимум или минимум выходного сигнала.

Пример Ex22: Устройство, генерирующее аэрозоль согласно любому из примеров Ex18-Ex21, при этом схема управления устройства, генерирующего аэрозоль, может быть выполнена с возможностью отслеживания нескольких заданных или частотных полос диапазона частот для определения того, происходит ли резонанс на этих частотах или в пределах частотных полос.

Далее примеры будут дополнительно описаны со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение примера системы, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж и устройство, генерирующее аэрозоль.

На фиг. 2 представлена​блок-схема, показывающая основные электрические и электронные компоненты примера системы, генерирующей аэрозоль.

На фиг. 3А показана принципиальная схема иллюстративного картриджа, содержащего резонансную цепь, в которой иллюстративный картридж соединен с источником напряжения постоянного тока.

На фиг. 3В показана принципиальная схема картриджа по фиг. 3А, на которой картридж соединен с источником переменного сигнала.

На фиг. 4 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи по фиг. 3B при использовании различных значений конденсатора.

На фиг. 5 представлена принципиальная схема иллюстративной цепи системы, генерирующей аэрозоль, для определения резонансной частоты резонансной цепи картриджа. Картридж представляет собой иллюстративный картридж по фиг. 3А и фиг. 3В.

На фиг. 6А-6С представлены графики зависимости напряжения от времени, показывающие обнаружение резонанса для отличающихся значений конденсатора в резонансной цепи.

На фиг. 7 представлен вид сверху печатной платы с резонансной цепью на ней.

На фиг. 8 показана принципиальная схема другого иллюстративного картриджа, содержащего другую резонансную цепь, в которой иллюстративный картридж соединен с источником переменного сигнала.

На фиг. 9 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи по фиг. 8 при использовании различных значений конденсатора.

На фиг. 10 показана принципиальная схема еще одного иллюстративного картриджа, содержащего другую резонансную цепь, в которой иллюстративный картридж соединен с источником переменного сигнала.

На фиг. 11 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи по фиг. 10 при использовании различных значений конденсатора.

На фиг. 12 представлена принципиальная схема иллюстративной цепи системы, генерирующей аэрозоль, для определения резонансной частоты резонансной цепи картриджа. Картридж представляет собой иллюстративный картридж по фиг. 10.

На фиг. 13А-13С представлены графики зависимости напряжения от времени, показывающие обнаружение резонанса для отличающихся значений конденсатора в резонансной цепи по фиг. 10.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение иллюстративной системы 10, генерирующей аэрозоль. Система 10, генерирующая аэрозоль, содержит два основных компонента, картридж 100 и часть основной части или устройство 200, генерирующее аэрозоль. Соединительный конец 115 картриджа 100 соединен с возможностью отсоединения с соответствующим соединительным концом 205 устройства 200, генерирующего аэрозоль. Каждый из соединительного конца 115 картриджа 100 и соединительного конца 205 устройства 200, генерирующего аэрозоль, имеет электрические контакты или соединения (не показаны), которые выполнены с возможностью взаимодействия для обеспечения электрического соединения между картриджем 100 и устройством 200, генерирующим аэрозоль. Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит источник питания в виде батареи 210, которая в данном примере представляет собой перезаряжаемую литий-ионную батарею, и схему 220 управления. Система, генерирующая аэрозоль, является портативной и имеет размер, сопоставимый с размером традиционной сигары или сигареты. Мундштук 125 расположен на конце картриджа 100, противоположном соединительному концу 115.

Картридж 100 содержит корпус 105, содержащий электрический нагреватель 120 и отсек для хранения жидкости, имеющий первую часть 130 и вторую часть 135. Жидкий субстрат, образующий аэрозоль, удерживается в отсеке для хранения жидкости. Хотя на фиг. 1 это не показано, первая часть 130 отсека для хранения жидкости соединена со второй частью 135 отсека для хранения жидкости, так что жидкость, находящаяся в первой части 130, может проходить во вторую часть 135. Электрический нагреватель 120 принимает жидкость из второй части 135 отсека для хранения жидкости. В этом варианте осуществления электрический нагреватель 120 содержит проницаемый для текучей среды нагревательный элемент, например, сетчатый нагреватель. Картридж 100 дополнительно содержит резонансную цепь 155, установленную на печатной плате (PCB), которая расположена сбоку от второй части 135 отсека для хранения жидкости и соединена посредством проводников (не показаны) параллельно с нагревателем 120.

Проход 140, 145 для потока воздуха проходит через картридж 100 от впускного отверстия 150 для воздуха, образованного на боковой стороне корпуса 105, мимо нагревателя 120 и от нагревателя 120 к мундштучному отверстию 110, образованному в корпусе 105 на конце картриджа 100, противоположном соединительному концу 115.

Компоненты картриджа 100 расположены таким образом, что первая часть 130 отсека для хранения жидкости находится между нагревателем 120 и мундштучным отверстием 110, а вторая часть 135 отсека для хранения жидкости расположена на противоположной стороне нагревателя 120 относительно мундштучного отверстия 110. Другими словами, нагреватель 120 лежит между двумя частями 130, 135 отсека для хранения жидкости и вмещает жидкость из второй части 135. Первая часть 130 отсека для хранения жидкости находится ближе к мундштучному отверстию 110, чем вторая часть 135 отсека для хранения жидкости. Проход 140, 145 для потока воздуха проходит мимо нагревателя 120 и между первой 130 и второй 135 частями отсека для хранения жидкости.

Система 10, генерирующая аэрозоль, выполнена таким образом, что пользователь может осуществлять затяжку или втягивания на мундштуке 125 картриджа для втягивания аэрозоля в свой рот через мундштучное отверстие 110. При эксплуатации, когда пользователь осуществляет затяжку на мундштуке 125, воздух втягивается через проход 140, 145 для потока воздуха из впускного отверстия 150 для воздуха мимо нагревателя 120 к мундштучному отверстию 110. Схема 220 управления управляет подачей электропитания от батареи 210 на картридж 100 при активации системы. Это, в свою очередь, регулирует количество и свойства пара, производимого нагревателем 120. Схема 220 управления может содержать датчик потока воздуха (не показан), и эта схема 220 управления может подавать электропитание на нагреватель 120, когда датчик потока воздуха обнаруживает затяжки, осуществляемые пользователем из картриджа 100. Данный тип расположения элементов управления является традиционным в системах, генерирующих аэрозоль, таких как ингаляторы и электронные сигареты. Таким образом, при осуществлении пользователем затяжки через мундштучное отверстие 110 картриджа 100 происходит активация нагревателя 120, и он генерирует пар, захватываемый потоком воздуха, проходящим через проход 140 для потока воздуха. Пар охлаждается в потоке воздуха в проходе 145 с образованием аэрозоля, который затем втягивается в рот пользователя через мундштучное отверстие 110.

При эксплуатации мундштучное отверстие 110, как правило, является самой высокой точкой системы. Конструкция картриджа 100, и, в частности, расположение нагревателя 120 между первой и второй частями 130, 135 отсека для хранения жидкости является преимущественным, поскольку используется сила тяжести для обеспечения доставки жидкого субстрата в нагреватель 120 даже тогда, когда отсек для хранения жидкости опустошается, но при этом предотвращается избыточная подача жидкости в нагреватель 120, что могло бы привести к утечке жидкости внутрь прохода 140 для потока воздуха.

На фиг. 2 представлена блок-схема, показывающая основные электрические и электронные компоненты иллюстративной системы 10, генерирующей аэрозоль, содержащей картридж 100 и устройство 200, генерирующее аэрозоль. Картридж 100 содержит электрический нагреватель 120 и резонансную цепь 155. Резонансная цепь 155 выполнена с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте, при этом резонансная частота связана с идентификацией картриджа 100 или субстрата, образующего аэрозоль (не показан), содержащегося в картридже 100. Определив резонансную частоту резонансной цепи 155, устройство, генерирующее аэрозоль 200, может идентифицировать картридж 100 и его содержимое и применить соответствующие условия превращения в аэрозоль. Например, устройство 200, генерирующее аэрозоль, может применять подходящий профиль нагрева для конкретного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картридже 100.

Резонансная цепь 155 соединена параллельно через электрический нагреватель 120. При соединении резонансной цепи 155 параллельно с нагревателем 120 требуется всего два электрических соединения 242 для соединения картриджа 100 с устройством 200, генерирующим аэрозоль. Два электрических соединения 242 можно использовать для подачи питания на нагреватель 120, для подачи входного переменного сигнала на резонансную цепь 155 и для приема выходного сигнала от резонансной цепи 155. Различные иллюстративные резонансные цепи согласно настоящему изобретению более подробно описаны ниже.

Устройство 200, генерирующее аэрозоль, содержит батарею 210, выполняющую функцию источника питания, и микроконтроллер (MCU) 230, являющийся частью схемы управления устройства 200, генерирующего аэрозоль. Микроконтроллер 230 выполнен с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель 120. Микроконтроллер 230 управляет подачей питания от источника 236 напряжения постоянного тока на нагреватель 120. Микроконтроллер 230 модулирует источник 236 напряжения постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM) для подачи питания на электрический нагреватель 120 в виде последовательности импульсов. Источник 236 напряжения постоянного тока может быть избирательно соединен с электрическим нагревателем 120 с помощью переключателя 240, который может быть транзистором или другим подходящим электронным переключателем. Никакие пассивные компоненты, которые могут генерировать тепло, такие как резисторы или индукторы, не соединены последовательно между источником напряжения постоянного тока и электрическим нагревателем 120. Это помогает снизить потери энергии.

Микроконтроллер 230 также управляет подачей от источника переменного сигнала или источника 234 переменного тока на картридж 100, в частности, в качестве входного сигнала на резонансную цепь 155. Микроконтроллер 230 способен изменять или осуществлять развертку частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь 155, в диапазоне частот, содержащем резонансную частоту резонансной цепи 155. Резистор 238 расположен внутри устройства, генерирующее аэрозоль, так что он соединен последовательно между источником 234 переменного сигнала и резонансной цепью 155 в картридже 100. Резистор 238 образует часть делителя напряжения с компонентами резонансной цепи 155 и позволяет снять измерительное напряжение с цепи в точке X между резистором 238 и резонансной цепью 155.

Хотя на фиг. 2 показаны источник переменного сигнала или источник 234 переменного тока и источник 236 напряжения постоянного тока в виде отдельных блоков на схеме, это сделано исключительно для ясности, и на практике оба этих источника снабжены микроконтроллером 230, возможно с несколькими вспомогательными компонентами, такими как транзисторы для получения больших токов. Однако следует понимать, что в других примерах могут быть обеспечены отдельные источники переменного и постоянного тока.

Устройство 200, генерирующее аэрозоль дополнительно содержит цепь 232 обнаружения пика, образующую дополнительную часть схемы управления устройства 200, генерирующего аэрозоль. Цепь 232 обнаружения пика принимает выходной сигнал от резонансной цепи 155 и обеспечивает свой собственный выходной сигнал для микроконтроллера 230. Для получения выходного сигнала от резонансной цепи 155, цепь 232 обнаружения пика измеряет напряжение в точке X между резистором 238 и резонансной цепью 155. Цепь 232 обнаружения пика способна определять или измерять пиковую амплитуду, возникающую в выходном сигнале от резонансной цепи 155, или когда выходной сигнал достигает заданного порогового значения. Как упоминалось выше, когда резонансная цепь резонирует на своей резонансной частоте, выходной сигнал колеблется с большей амплитудой, чем на других частотах. Следовательно, микроконтроллер 230 выполняет изменение или развертку частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь 155 в заданном диапазоне частот, в пределах которого ожидается резонансная частота, и отслеживает, при какой частоте выходной сигнал имеет наибольшую амплитуду, чтобы определить резонансную частоту резонансной цепи 155 и идентифицировать картридж 100.

В зависимости от конфигурации резонансной цепи 155 и точки, в которой измеряется ее выходной сигнал, возможно, что выходной сигнал может иметь минимальную амплитуду при резонансе. Следовательно, цепь 232 обнаружения пика также способна измерять минимальную амплитуду, возникающую в выходном сигнале, для определения резонансной частоты.

На фиг. 3А показана принципиальная схема иллюстративного картриджа 100, содержащего резонансную цепь 155. Резонансная цепь 155 содержит конденсатор C1, соединенный последовательно с индуктором L1. Резонансная цепь 155 расположена параллельно с нагревателем 120. Нагреватель представляет собой резистивный нагреватель и, следовательно, изображен на фиг. 3A в виде резистора RH. Сопротивление нагревателя 120 составляет 0,69 Ом. Картридж 100 соединен с источником V1 напряжения постоянного тока, который обеспечивает напряжение постоянного тока широтно-импульсной модуляции при параллельном расположении нагревателя 120 и резонансной цепи 155. Широтно-импульсной модуляцией управляет микроконтроллер (не показан). В описанном примере напряжение постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией имеет амплитуду 3,6 вольта, период 10 миллисекунд и рабочий цикл 50 процентов. Это приводит к импульсному току в нагревателе 120 приблизительно 5,2 ампер.

Когда картридж 100 соединен с источником V1 напряжения постоянного тока, ток протекает только в резистивном нагревателе 120. В резонансной цепи 155 ток не течет, поскольку она расположена параллельно нагревателю 120, и конденсатор С1 в резонансной цепи блокирует напряжение постоянного тока, то есть она фактически действует как разомкнутая цепь для напряжения постоянного тока. Таким образом, питание распределяется только в нагревателе 120, а не в резонансной цепи 155, что делает расположение энергоэффективным.

Источником V1 напряжения постоянного тока можно управлять для управления профилем нагрева, применяемым к конкретному картриджу. Как только картридж 100 идентифицирован в соответствии с процедурами, описанными ниже, можно применить подходящий профиль нагрева для конкретного жидкого субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картридже 100. Для различных картриджей профиль нагрева можно варьировать, изменяя характеристики напряжение постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией, подаваемого на картридж. Например, можно изменять рабочий цикл напряжения постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией или отрезок времени, в течение которого подается напряжение постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией.

На фиг. 3В показана принципиальная схема картриджа 100 по фиг. 3А, в которой картридж соединен с источником переменного напряжения или источником V2 переменного сигнала, который подает переменный сигнал на резонансную цепь 155. Источник V2 переменного сигнала управляется микроконтроллером (не показан) и имеет амплитуду с пиком 1 Вольт. Микроконтроллер может выполнять изменение или развертку частоты переменного сигнала источника V2 переменного сигнала, чтобы обнаруживать резонанс и, следовательно, определять идентификацию картриджа. Развертка частоты может быть выполнена в диапазоне от 1 мегагерца до 13 мегагерц, и из-за использования относительно высоких частот было обнаружено, что частотная развертка может выполняться за относительно короткий период времени, то есть за 240 микросекунд. Когда частота входного переменного сигнала равна естественной резонансной частоте резонансной цепи 155, резонансная цепь 155 резонирует.

Резонансная цепь 155 выполнена с возможностью резонирования при заданной резонансной частоте, чтобы можно было идентифицировать картридж 100. Как проиллюстрировано выше в уравнении (1), резонансная частота представляет собой функцию емкости конденсатора C1 и индуктивности индуктора L1. В этом описанном примере заданная резонансная частота резонансной цепи 155 определяется емкостью конденсатора C1. Различные конденсаторы, имеющие различные значения емкости, можно использовать для получения различных резонансных частот для разных картриджей. Индуктивность индуктора L1 установлена на 1 микрогенри. Чтобы получить различные резонансные частоты, для конденсатора C1 использовались десять различных значений конденсатора, взятых из значений конденсатора серии E12. Значения емкости C1 и получаемые в результате резонансные частоты показаны в табл. 1.

Таблица 1

Емкость (нанофарады) 8,2 5,6 3,9 2,7 1,8 1,2 0,82 0,56 0,39 0,27 Резонансная частота
(мегагерцы) 1,76 2,13 2,56 3,07 3,76 4,61 5,57 6,74 8,08 9,71

Как видно из табл. 1, авторы настоящего изобретения смогли получить десять различных резонансных частот с достаточным интервалом между частотами, чтобы четко различать десять разных картриджей. Однако следует понимать, что более высокие резонансные частоты могут быть достигнуты за счет использования больших значений конденсатора.

На фиг. 4 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи 155 по фиг. 3B. На фиг. 4 представлена кривая частотной характеристики для каждого из различных значений конденсатора согласно табл. 1. Выходной сигнал для резонансной цепи 155 измеряли в точке Х в цепи по фиг. 3B, то есть между резистором R1 и резонансной цепью 155. Резистор R1 образует часть делителя напряжения вместе с резонансной цепью 155, так что напряжение может быть измерено в точке X. Резонанс возникает, когда реактивное сопротивление C1 и реактивное сопротивление L1 равны по абсолютной величине, но противоположны по фазе, так что два реактивных сопротивления компенсируют друг друга. Следовательно, при резонансе импеданс резонансной цепи имеет минимальное значение и, следовательно, напряжение, измеренное в точке X, имеет минимальное значение при резонансе. Для каждой из кривых частотной характеристики на фиг. 4 можно увидеть минимум напряжения Vmin, возникающий на каждой из резонансных частот в табл. 1, которые соответствуют различным используемым значениям конденсатора. Минимумы напряжения возникают на относительно небольшом участке всей длины кривых частотной характеристики и, следовательно, легко различимы и обнаруживаемы.

Минимальные напряжения могут быть обнаружены цепью обнаружения пика. Частота, при которой обнаруживается минимум напряжения, обеспечивает указание о резонансной частоте резонансной цепи и идентификацию картриджа. Альтернативно резонансная частота может быть определена путем настройки устройства, генерирующего аэрозоль, для обнаружения, когда выходной сигнал падает ниже порогового напряжения Vth, обозначенного горизонтальной пунктирной линией на фиг. 4.

Также согласно фиг. 3B, когда источник V2 переменного сигнала соединен с картриджем 100 для обнаружения резонанса и определения идентификации картриджа, переменный сигнал разделяется между нагревателем 120 и резонансной цепью 155. В отличие от напряжения постоянного тока, переменный сигнал может проходить через конденсатор C1 резонансной цепи. Во время идентификации картриджа пиковый ток, протекающий через нагреватель 120, был измерен и составил приблизительно 100 миллиампер. Как упоминалось выше, источник V2 переменного сигнала имеет амплитуду с пиком 1 Вольт. Следовательно, питание, потребляемое нагревателем 120 во время идентификации картриджа, может быть определено из приведенного ниже уравнения (2).

P=I_RMS x V_RMS (2)

где P представляет собой мощность, I_RMS представляет собой среднеквадратичный ток, равный 0,707 x пиковый ток, и V_RMS представляет собой среднеквадратичное напряжение, равное 0,707 x пиковое напряжение.

Кроме того, энергия, потребляемая нагревателем 120 во время идентификации картриджа, может быть определена из приведенного ниже уравнения (3).

E=P x t (3)

где E представляет собой энергию, P представляет собой мощность, t представляет собой время или продолжительность работы.

Следовательно, исходя из пикового тока 100 миллиампер и пикового напряжения 1 Вольт, мощность, потребляемая нагревателем 120 во время идентификации картриджа, может быть рассчитана как равная 50 милливаттам. Кроме того, исходя из времени работы для идентификации картриджа, составляющего 240 микросекунд, энергия, потребляемая нагревателем 120 во время идентификации картриджа, может быть рассчитана как равная 12 микроджоулям. Такое небольшое количество энергии не будет нагревать нагреватель в какой-либо заметной степени, и, следовательно, энергетическая эффективность идентификации картриджа повышается за счет предотвращения потерь энергии в нагревателе 120.

Из-за короткого периода времени, необходимого для выполнения идентификации картриджа, ее можно проводить во время отключения напряжения постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией, используемого для питания нагревателя. Напряжение постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией источника V1 напряжения постоянного тока (см. фиг. 3А) имеет период 10 миллисекунд и рабочий цикл 50 процентов. Следовательно, время отключения напряжения составляет 5 миллисекунд, что является достаточным временем для выполнения идентификации картриджа, поскольку идентификация картриджа занимает всего 240 микросекунд.

На фиг. 5 показана принципиальная схема иллюстративной цепи системы 10, генерирующей аэрозоль, для определения резонансной частоты резонансной цепи 155 картриджа 100. Картридж 100 представляет собой иллюстративный картридж по фиг. 3А и фиг. 3В. В нижней части цепи по фиг. 5 показан картридж, содержащий резонансную цепь 155 и нагреватель 120, соединенный с источником V2 переменного сигнала для идентификации картриджа 100. Расположение и работа этой части цепи по фиг. 5 являются такими же, как у цепи, показанной на фиг. 3В, и для краткости в данном случае не повторяются.

Цепь по фиг. 5 дополнительно содержит цепь 232 обнаружения пика для обнаружения максимальной или минимальной амплитуды выходного сигнала от резонансной цепи 155. Цепь 232 обнаружения пика расположена внутри устройства 200, генерирующего аэрозоль, системы 10, генерирующей аэрозоль. Цепь 232 обнаружения пика содержит операционный усилитель U5 для усиления сигнала, поступающего на цепь 232 обнаружения пика, диод D1 с прямым смещением для полувыпрямления входного переменного сигнала и конденсатор С2 для удержания или накопления напряжения сигнала, принимаемого от диода. Неинвертирующий вход (+) операционного усилителя действует как вход цепи 232 обнаружения пика, а выход цепи 232 обнаружения пика взят от расположенного выше по ходу потока вывода конденсатора С2, т. е. вывода конденсатора С2, соединенного с диодом D1. Цепь 232 обнаружения пика дополнительно содержит резистор R2, имеющий значение 10 Ом для разрядки конденсатора на землю.

Можно использовать любой подходящий операционный усилитель. Например, в описываемом примере используется операционный усилитель LTC6244 производства Analog Devices, штат Массачусетс, США. Операционный усилитель U5 получает питание от источника V3 напряжения постоянного тока, обеспечивающего 3,1 вольта. Два резистора, R3 и R4, имеющие значения 150 килоом и 10 килоом, соответственно, предоставлены как часть контура отрицательной обратной связи для операционного усилителя. Коэффициент усиления усилителя можно определить в соответствии с приведенным ниже уравнением (4):

коэффициент усиления=1+R3/R4 (4)

При использовании выходной сигнал от резонансной цепи 155 взят в точке Х в цепи, т. е. в средней точке делителя напряжения, образованного резистором R1 и резонансной цепью 155, и подается в качестве входного сигнала на неинвертирующий вход операционного усилителя U5 цепи 232 обнаружения пика. Сигнал полупериодично выпрямляется диодом D1 для формирования серии положительных импульсов, а напряжение последовательных импульсов удерживается или накапливается конденсатором C2. Выход цепи 232 обнаружения пика, то есть напряжение, накопленное конденсатором С2, подается на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера 230 устройства 200, генерирующего аэрозоль, который периодически измеряет или выполняет выборку напряжения, накопленного конденсатором С2. После выполнения выборки напряжения, конденсатор C2 разряжается на электрическое заземление для подготовки к выборке следующего значения.

Микроконтроллер 230 выполняет выборку выходного сигнала в цепи обнаружения пика в течение периода времени, необходимого для развертки частоты переменного сигнала в необходимом диапазоне частот, который в данном случае составляет от 1 мегагерца до приблизительно 10,6 мегагерц и занимает приблизительно 240 микросекунд. Таким образом, микроконтроллер 230 получает профиль амплитуды выходного сигнала от резонансной цепи в диапазоне развертки частот. Значения выборки анализируются микроконтроллером 230 для определения минимального значения. Поскольку микроконтроллер 230 также управляет источником V2 переменного сигнала и частотой переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь 155 картриджа 100, микроконтроллер 230 может определять частоту, при которой обнаружено минимальное значение выходного сигнала от цепи 232 обнаружения пика. Эта частота представляет собой частоту, при которой возникает резонанс в резонансной цепи 155 и указывает на идентификацию картриджа.

На фиг. 6А-6С представлены графики зависимости напряжения от времени, показывающие обнаружение резонанса для различных значений конденсатора в резонансной цепи 155 в картридже 100 по фиг. 5. На графиках показаны две кривые: кривая X, которая соответствует выходному сигналу от резонансной цепи 155, измеренному в точке X в цепи по фиг. 5; и кривая Y, которая соответствует выходному сигналу цепи 232 обнаружения пика в точке Y в цепи по фиг. 5.

На фиг. 6А показаны выходные сигналы от резонансной цепи 155 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 155 используется значение конденсатора 8,2 нанофарад. Как показано выше в табл. 1, это значение емкости создает резонансную частоту 1,76 мегагерц. График по фиг. 6А показывает минимум напряжения Vmin, возникающий относительно рано на кривой Y, то есть приблизительно через 20 микросекунд в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 1,76 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 10,6 мегагерца за период времени 240 микросекунд.

На фиг. 6B показаны выходные сигналы от резонансной цепи 155 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 155 используется значение конденсатора 0,82 нанофарад. Как показано выше в табл. 1, это значение емкости создает резонансную частоту 5,57 мегагерц. График по фиг. 6B показывает минимум напряжения Vmin, возникающий в области средней точки кривой Y, то есть приблизительно через 120 микросекунд в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 5,57 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 10,6 мегагерца за период времени 240 микросекунд.

На фиг. 6C показаны выходные сигналы от резонансной цепи 155 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 155 используется значение конденсатора 0,27 нанофарад. Как показано выше в табл. 1, это значение емкости создает резонансную частоту 9,71 мегагерц. График по фиг. 6C показывает минимум напряжения Vmin, возникающий относительно поздно на кривой Y, то есть приблизительно через 220 микросекунд в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 9,71 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 10,6 мегагерца за период времени 240 микросекунд.

На фиг. 7 представлен вид сверху печатной платы 160 с расположенной на ней резонансной цепью 155. Резонансная цепь 155 содержит индуктор L1 и конденсатор C2, соединенные последовательно. Индуктор L1 выполнен непосредственно на печатной плате 160 в виде электропроводящей дорожки. Индуктор может быть выполнен любым подходящим способом, например, путем печати электропроводящего материала на печатной плате 160 или путем травления платы с медным покрытием для формирования схемы индуктора L1. Индуктор L1 содержит 15 витков (количество витков на фиг. 7 для ясности опущено), а печатная плата 160 является двухсторонней, при этом половина витков выполнены на одной стороне печатной платы 160, а другая половина витков выполнена на другой стороне. Проводящие переходные отверстия 164 соединяют соответствующие концы витков, напечатанных на каждой стороне печатной платы 160. На противоположных концах печатной платы 160 выполнены электропроводящие контактные площадки 162, которые можно использовать для параллельного соединения резонансной цепи 155 через электрический нагреватель и с источником переменного сигнала. Один конец индуктора L1 соединен с одной из контактных площадок 162, а вывод конденсатора C2 соединен с другой контактной площадкой 162. Размеры печатной платы 160 составляют 9 х 7 х 0,6 миллиметра и, следовательно, могут легко поместиться внутри картриджа или мундштука системы, генерирующей аэрозоль.

На фиг. 8 показана принципиальная схема другого иллюстративного картриджа 300, содержащего другую резонансную цепь 355. Картридж 300 соединен с источником V2 переменного сигнала для идентификации картриджа 300. Расположение и работа цепи по фиг. 8 являются такими же, как и у цепи по фиг. 3B, за исключением того, что вместо использования одного конденсатора C1 в резонансной цепи 155, в резонансной цепи 355 по фиг. 8 используются два конденсатора C1 и C2, расположенные параллельно. Параллельное расположение конденсаторов С1 и С2 способствует улучшению частотной характеристики резонансной цепи 355.

Как упоминалось выше, все реальные электронные компоненты имеют паразитные элементы, то есть неизбежные характеристики в дополнение к предполагаемой характеристике компонента. Например, каждый из конденсатора C1 и индуктора L1 в цепи по фиг. 3B имеет паразитное сопротивление, эквивалентное сопротивлению 0,1 Ом последовательно с конденсатором C1 и сопротивлению 1 Ом последовательно с индуктором L1. Эти паразитные элементы приводят к потерям энергии в цепи и, следовательно, их необходимо свести к минимуму.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что параллельное использование двух конденсаторов С1 и С2 снижает паразитные элементы в резонансной цепи 355. В частности, эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора снижено до 0,05 Ом. Кроме того, при параллельном добавлении конденсаторов их емкости суммируется. Следовательно, используя два одинаковых конденсатора параллельно, индуктивность можно уменьшить вдвое при той же резонансной частоте. Поэтому, можно использовать меньший индуктор, что экономит площадь печатной платы. В резонансной цепи 355 используется индуктор с индуктивностью 0,5 микрогенри.

Для получения таких же резонансных частот, какие были достигнуты для цепи на фиг. 3B, при параллельном расположении конденсаторов C1 и C2 в резонансной цепи 355 по фиг. 8 используются два из каждого из значений конденсатора, показанных выше в табл. 1, так что емкость удваивается по сравнению с показанной в табл. 1. Значения емкости конденсатора и получаемые в результате резонансные частоты показаны ниже в табл. 2.

Таблица 2

Емкость
(нанофарады) 16,4 11,2 7,8 5,4 3,6 2,4 1,64 1,12 0,78 0,54 Резонансная частота
(мегагерцы) 1,76 2,13 2,56 3,07 3,76 4,61 5,57 6,74 8,08 9,71

Как видно из табл. 2, при параллельном расположении двух конденсаторов С1 и С2 достигаются такие же резонансные частоты, как и в табл. 1, при использовании индуктора на 0,5 микрогенри.

Когда картридж 300 по фиг. 8 соединен с источником напряжения постоянного тока (не показан), он работает так же, как картридж 100 по фиг. 3А. То есть конденсаторы С1 и С2 блокируют напряжение постоянного тока, так что ток проходит только через нагреватель 320.

На фиг. 9 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи 355 по фиг. 8. На фиг. 9 представлена кривая частотной характеристики для каждого из различных значений емкости согласно табл. 2. Выходной сигнал для резонансной цепи 355 измеряли в точке Х в цепи по фиг. 8, то есть между резистором R1 и резонансной цепью 355. График очень похож на график по фиг. 4 и показывает минимумы напряжения Vmin на тех же частотах, что и на фиг. 4, которые соответствуют резонансным частотам различных значений емкости в табл. 2.

Однако на фиг. 9 показана улучшенная частотная характеристика для резонансной цепи 355 по фиг. 8 по сравнению с частотной характеристикой резонансной цепи 155 по фиг. 3B, показанной на фиг. 4. То есть величина выходного сигнала от резонансной цепи 355 улучшена в резонансной цепи 355 по сравнению с резонансной цепью 155. Как видно на фиг. 9, кривые частотной характеристики имеют более низкие минимумы напряжения Vmin, чем кривые частотной характеристики на фиг. 4 для конкретной резонансной частоты.

На фиг. 10 показана принципиальная схема другого иллюстративного картриджа 400, содержащего другую резонансную цепь 455. Картридж 400 соединен с источником V2 переменного сигнала для идентификации картриджа 400. Расположение и работа цепи по фиг. 10 являются такими же, как у цепей по фиг. 3B и фиг. 8, за исключением того, что в резонансной цепи 455 не используется индуктор, в частности, не используется фактический дискретный компонент индуктора. Вместо этого резонансная цепь 455 использует паразитную индуктивность L1 резонансной цепи совместно с конденсатором C1 для создания резонанса. Паразитная индуктивность L1 обозначена на фиг. 10 пунктирной линией, чтобы подчеркнуть, что это не фактический компонент, а наоборот характеристика резонансной цепи 455.

Паразитная индуктивность L1 возникает в результате геометрии резонансной цепи 455, которая при параллельном расположении с нагревателем 420 образует полуконтур или полувиток. Полуконтур генерирует небольшую паразитную индуктивность L1. Паразитная индуктивность эквивалентна индуктивности, составляющей 10 наногенри, расположенной последовательно с конденсатором С1, как показано на фиг. 10.

Паразитные индуктивности являются относительно небольшими по сравнению с индуктивностью фактических компонентов индуктора, и поэтому, создаваемые ими резонансные частоты обычно выше, чем в предыдущих примерах. Резонансная частота находится в диапазоне от 1 мегагерца до 50 мегагерц, и для получения резонансных частот в этом диапазоне используются более высокие значения конденсатора. Чтобы получить различные резонансные частоты, для конденсатора C1 использовались десять различных значений конденсатора, взятых из значений конденсатора серии E12. Значения емкости C1 и получаемые в результате резонансные частоты показаны ниже в табл. 3.

Таблица 3

Емкость (нанофарады) 82 56 39 27 18 12 8,2 5,6 3,9 2,7 Резонансная частота
(мегагерцы) 5,6 6,8 8,1 9,7 11,9 14,6 17,6 21,3 25,5 30,7

Как видно из табл. 3, авторы настоящего изобретения смогли получить десять различных резонансных частот, чтобы различать десять разных картриджей.

Когда картридж 400 по фиг. 10 соединен с источником напряжения постоянного тока (не показан), он работает так же, как картридж 100 по фиг. 3А. То есть конденсатор С1 блокирует напряжение постоянного тока, так что ток проходит только через нагреватель 420.

На фиг. 11 представлен график зависимости частоты от напряжения, показывающий частотную характеристику резонансной цепи 455 по фиг. 10. На фиг. 11 представлена кривая частотной характеристики для каждого из различных значений емкости согласно табл. 3. Выходной сигнал для резонансной цепи 355 измеряли в точке Х в цепи по фиг. 10, то есть между резистором R1 и резонансной цепью 455. Для каждой из кривых частотной характеристики на фиг. 11 можно увидеть минимум напряжения Vmin, возникающий на каждой из резонансных частот в табл. 3, которые соответствуют различным используемым значениям конденсатора. Минимумы напряжения возникают на относительно небольшом участке всей длины кривых частотной характеристики и, следовательно, легко различимы и обнаруживаемы.

Минимальные напряжения могут быть обнаружены цепью обнаружения пика. Частота, при которой обнаруживается минимум напряжения, обеспечивает указание о резонансной частоте резонансной цепи и идентификацию картриджа. Альтернативно резонансная частота может быть определена путем настройки устройства, генерирующего аэрозоль, для обнаружения, когда выходной сигнал падает ниже порогового напряжения Vth, обозначенного горизонтальной пунктирной линией на фиг. 11.

На фиг. 12 показана принципиальная схема иллюстративной цепи системы 10, генерирующей аэрозоль, для определения резонансной частоты резонансной цепи 455 картриджа 400. Цепь по фиг. 12 является такой же, как и та, что на фиг. 5, за исключением того, что картридж 400 является иллюстративным картриджем по фиг. 10. В нижней части цепи по фиг. 12 показан картридж, содержащий резонансную цепь 455 и нагреватель 420, соединенный с источником V2 переменного сигнала для идентификации картриджа 400. Расположение и работа этой части цепи по фиг. 12 являются такими же, как у цепи, показанной на фиг. 10, и для краткости в данном случае не повторяются.

Цепь по фиг. 12 также содержит цепь 232 обнаружения пика для обнаружения максимальной или минимальной амплитуды выходного сигнала от резонансной цепи 455. Расположение и работа цепи 232 обнаружения пика являются идентичными тем, что на фиг. 5 и, следовательно, для краткости в данном случае не повторяются.

Микроконтроллер 230 выполняет выборку выходного сигнала в цепи обнаружения пика в течение периода времени, необходимого для развертки частоты переменного сигнала в необходимом диапазоне частот, который в данном случае составляет от 1 мегагерца до приблизительно 40 мегагерц и занимает приблизительно 1 миллисекунду. Таким образом, микроконтроллер 230 получает профиль амплитуды выходного сигнала от резонансной цепи в диапазоне развертки частот. Значения выборки анализируются микроконтроллером 230 для определения минимального значения. Поскольку микроконтроллер 230 также управляет источником V2 переменного сигнала и частотой переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь 455 картриджа 400, микроконтроллер 230 может определять частоту, при которой обнаружено минимальное значение выходного сигнала от цепи 232 обнаружения пика. Эта частота представляет собой частоту, при которой возникает резонанс в резонансной цепи 455 и указывает на идентификацию картриджа.

Фиг. 13А-13С представляют собой графики зависимости напряжения от времени, показывающие обнаружение резонанса для различных значений конденсатора в резонансной цепи 455 в картридже 400 по фиг. 12. На графиках показаны две кривые: кривая X, которая соответствует выходному сигналу от резонансной цепи 455, измеренному в точке X в цепи по фиг. 12; и кривая Y, которая соответствует выходному сигналу цепи 232 обнаружения пика в точке Y в цепи по фиг. 12.

На фиг. 12A показаны выходные сигналы от резонансной цепи 455 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 455 используется значение конденсатора 82 нанофарад. Как показано выше в табл. 3, это значение емкости создает резонансную частоту 5,6 мегагерц. График по фиг. 12А показывает минимум напряжения Vmin, возникающий относительно рано на кривой Y, то есть приблизительно через 0,1 миллисекунды в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 5,6 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 40 мегагерц за период времени 1 миллисекунда.

На фиг. 12B показаны выходные сигналы от резонансной цепи 455 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 455 используется значение конденсатора 8,2 нанофарад. Как показано выше в табл. 3, это значение емкости создает резонансную частоту 17,6 мегагерц. График по фиг. 12B показывает минимум напряжения Vmin, возникающий в области средней точки кривой Y, то есть приблизительно между 0,4 и 0,5 миллисекунды в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 17,6 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 40 мегагерц за период времени 1 миллисекунда.

На фиг. 12C показаны выходные сигналы от резонансной цепи 455 (кривая X) и цепи 232 обнаружения пика (кривая Y), когда в резонансной цепи 455 используется значение конденсатора 2,7 нанофарад. Как показано выше в табл. 3, это значение емкости создает резонансную частоту 30,7 мегагерц. График по фиг. 12C показывает минимум напряжения Vmin, возникающий относительно поздно на кривой Y, то есть между 0,7 и 0,8 миллисекунды в частотной развертке. Минимум напряжения указывает на возникновение резонанса, а время обнаружения согласуется с резонансной частотой, равной 30,7 мегагерца, и причем выполняется развертка частоты в диапазоне от 1 мегагерца до приблизительно 40 мегагерц за период времени 1 миллисекунда.

Для целей настоящего описания и приложенной формулы изобретения, за исключением случаев, в которых указано иное, все числа, выражающие величины, количества, процентные доли и т. д., следует понимать как модифицированные во всех случаях термином «приблизительно». Кроме того, все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и включают любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть или не быть конкретно перечислены в данном документе. Следовательно, в данном контексте число А следует понимать как А ± 5 процентов А. В данном контексте число А можно считать включающим числовые значения, находящиеся в пределах обычной стандартной ошибки для измерения свойства, которое число А модифицирует. Число А в некоторых случаях при использовании в приложенной формуле изобретения может отклоняться на перечисленные выше процентные доли при условии, что величина, на которую отклоняется А, существенно не влияет на основную и новую характеристику (основные и новые характеристики) заявленного изобретения. Кроме того, все диапазоны включают раскрытые точки максимума и минимума и включают любые промежуточные диапазоны между ними, которые могут быть или не быть конкретно перечислены в данном документе.

Изобретение относится к картриджу для устройства, генерирующего аэрозоль. Картридж (100) для устройства (200), генерирующего аэрозоль, содержит: субстрат, образующий аэрозоль; электрический нагреватель (120) для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и резонансную цепь (155); при этом резонансная цепь (155) выполнена с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте, причем заданная резонансная частота связана с идентификацией картриджа (100), при этом резонансная цепь (155) соединена параллельно с электрическим нагревателем (120). Техническим результатом является автоматическая идентификация картриджа таким образом, чтобы устройство, генерирующее аэрозоль, могло соответствующим образом приспособить свои условия превращения субстрата в аэрозоль. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил., 3 табл.

1. Картридж для устройства, генерирующего аэрозоль, при этом картридж содержит:

субстрат, образующий аэрозоль;

электрический нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и

резонансную цепь;

причем резонансная цепь выполнена с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте;

при этом заданная резонансная частота связана с идентификацией картриджа;

причем резонансная цепь соединена параллельно с электрическим нагревателем.

2. Картридж по п. 1, в котором резонансная цепь содержит конденсатор и индуктор.

3. Картридж по п. 2, в котором конденсатор и индуктор соединены последовательно.

4. Картридж по п. 2 или 3, в котором заданная резонансная частота резонансной цепи определяется емкостью конденсатора, при этом заданная резонансная частота может быть изменена путем изменения емкости конденсатора.

5. Картридж по любому из предыдущих пунктов, в котором заданная резонансная частота находится в диапазоне от 10 кГц до 100 МГц, предпочтительно в диапазоне от 100 кГц до 20 МГц и более предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 11 МГц.

6. Картридж по любому из пп. 2-5, в котором емкость конденсатора находится в диапазоне от 0,1 нФ до 10 нФ.

7. Картридж по любому из пп. 2-6, в котором резонансная цепь содержит множество конденсаторов, расположенных параллельно, при этом комбинированная емкость множества конденсаторов используется для получения резонанса.

8. Картридж по любому из пп. 2-7, в котором резонансная цепь расположена на печатной плате (PCB), при этом индуктор выполнен непосредственно на PCB в виде электропроводящей дорожки.

9. Картридж по п. 1, в котором резонансная цепь содержит конденсатор, соединенный параллельно с нагревателем, и резонансная цепь выполнена с возможностью использования паразитной индуктивности резонансной цепи совместно с емкостью конденсатора для получения резонанса.

10. Картридж по п. 9, в котором заданная резонансная частота находится в диапазоне от 100 кГц до 100 МГц, и предпочтительно в диапазоне от 1 МГц до 50 МГц.

11. Картридж по п. 9 или 10, в котором емкость конденсатора находится в диапазоне от 1 нФ до 300 нФ.

12. Картридж по любому из предыдущих пунктов, в котором резонансная цепь расположена с возможностью соединения с источником переменного сигнала и выполнена с возможностью резонирования, когда заданная резонансная частота по существу равна частоте переменного сигнала.

13. Устройство, генерирующее аэрозоль и содержащее:

корпус, выполненный с возможностью размещения картриджа по любому из пп. 1-12, при этом корпус содержит электрическое соединение для электрического соединения с картриджем;

источник питания для подачи электропитания на электрический нагреватель картриджа;

источник переменного сигнала для подачи переменного сигнала на резонансную цепь картриджа; и

схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель и контролируемого изменения частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь;

причем схема управления выполнена с возможностью приема выходного сигнала от резонансной цепи;

при этом схема управления дополнительно выполнена с возможностью:

- определения, когда в резонансной цепи происходит резонанс, путем обнаружения, когда выходной сигнал достигает заданного порогового значения;

- определения частоты, при которой происходит резонанс; и

- идентификации картриджа на основе определенной резонансной частоты.

14. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 13, в котором схема управления выполнена с возможностью развертки частоты переменного сигнала в заданном диапазоне частот за заданный период времени, при этом заданный период времени составляет 5 миллисекунд или менее.

15. Устройство, генерирующее аэрозоль, по п. 13 или 14, в котором пиковое напряжение переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь, составляет 2 В или менее, предпочтительно 1,5 В или менее и более предпочтительно 1 В или менее.

16. Система, генерирующая аэрозоль и содержащая картридж и устройство, генерирующее аэрозоль,

при этом картридж содержит:

- субстрат, образующий аэрозоль;

- электрический нагреватель для нагрева субстрата, образующего аэрозоль; и

- резонансную цепь, выполненную с возможностью резонирования на заданной резонансной частоте, причем заданная резонансная частота связана с идентификацией картриджа, при этом резонансная цепь соединена параллельно с электрическим нагревателем;

причем устройство, генерирующее аэрозоль, содержит:

- корпус, выполненный с возможностью размещения картриджа, при этом корпус содержит электрическое соединение для электрического соединения с картриджем;

- источник питания для подачи электропитания на электрический нагреватель картриджа;

- источник переменного сигнала для подачи переменного сигнала на резонансную цепь картриджа; и

- схему управления, выполненную с возможностью управления подачей электропитания на электрический нагреватель и контролируемого изменения частоты переменного сигнала, подаваемого на резонансную цепь;

причем схема управления выполнена с возможностью приема выходного сигнала от резонансной цепи;

при этом схема управления дополнительно выполнена с возможностью:

- определения, когда в резонансной цепи происходит резонанс, путем обнаружения, когда выходной сигнал достигает заданного порогового значения;

- определения частоты, при которой происходит резонанс; и

- идентификации картриджа на основе определенной резонансной частоты.