CN107846974B - 电子香烟液体引导结构、无线圈加热元件和电源管理单元 - Google Patents
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Abstract
一种电子香烟包括具有无线圈加热元件(4)的雾化器(26)。无线圈加热元件(4)可以包括加热部分(6)、电连接到加热部分(6)的两根引线(3,3')以及液体引导结构。液体引导结构包括两个衬垫(13,13'),第一衬垫(13)和第二衬垫(13')夹着加热部分(6)的至少一部分。可选地,电子烟还包括垫片(21),该垫片(21)位于液体供应装置(34)与第一衬垫(13)之间,使液体从液体供应装置传导至第一衬垫(13)。
Description
技术领域
本发明的领域是包括电子香烟的电子吸烟装置。
背景技术
诸如电子香烟(电子烟)的电子吸烟装置通常具有容纳电源(例如,单次使用或可充电电池,电插头或其他电源)的外壳,以及可电操作的雾化器。雾化器汽化或雾化从贮存器供应的液体,并以气溶胶形式提供汽化或雾化的液体。控制电子装置控制雾化器的启动。在一些电子香烟中,在电子吸烟装置内提供气流传感器,其检测用户在装置上的吹气(例如,通过由装置感测受压或空气流动的模式)。气流传感器向控制电子装置指示或通知抽吸,以启动装置并产生蒸汽。在其他电子香烟中,开关被用于启动电子烟以生成一股蒸汽。
电子吸烟装置中的雾化器可能具有不理想的特性,例如不良的雾化,在最终雾化蒸汽中的大液滴,由不同尺寸的液滴引起的不均匀的蒸汽,蒸汽中过多的水分,和/或口感差等。需要在这些装置中改善雾化。
通常,电源是一次性或可充电电池,其工作电压在其使用寿命期间下降。电压的降低可能会导致不一致的吸烟动作。
而且,由于如电解溶液的量、加热元件触点和操作温度等因素,加热元件在操作中可能存在变化的电阻。
因此,需要设计动态输出功率管理单元以提供响应于电池的变化容量和/或加热元件的变化/各种电阻的稳定的输出功率。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供了一种电子香烟,其包括外壳内的液体供应装置、进气口,吸气口和雾化器。雾化器包括加热元件,该加热元件包括第一引线、第二引线,电连接到第一引线和第二引线的多个有机或无机导电纤维,以及在两个引线之间夹持纤维的至少一部分的第一衬垫和第二衬垫。电子香烟还包括外壳内的电源,例如电池。第一引线和第二引线电连接到电源。
第一衬垫和第二衬垫中的一个或两个通过接触液体供应装置中的液体并将液体传导到导电纤维而起到液体引导结构的作用,使得液体在加热时蒸发。
可选地,垫片被放置在液体供应装置和第一衬垫之间,使得垫片的一个表面接触液体供应装置,并且垫片的相对表面接触第一衬垫,由此将液体传导到第一衬垫,并且随后传导到导电纤维。垫片可以由木质纤维制成。
根据本发明的另一方面,提供一种包括用于电子香烟的动态输出功率管理单元的电子香烟,在预定时的间间隔内,例如,一次吸烟动作的持续时间内提供基本恒定量的汽化液体。这可以增加电子烟与各种加热元件的兼容性,和/或可以补偿电源输出电压的下降。
利用现有的PMU,电源的放电时间被动态地调整以在相同的时间间隔内获得更一致的汽化。因此,在每次抽吸期间使用者可以吸入更一致的量的气溶胶。
为了补偿在放电时间内电源的输出电压下降,可以使用波形控制技术,例如PWM(脉宽调制)技术来控制加热电路内的至少一个开关元件,以控制加热电路的激活时间。波形发生器可以用来产生所需的控制波形。波形发生器可以是PWM控制器内的PWM波形发生器或微控制器中的PWM模块,例如MOSFET。高电平时间和低电平时间之比被确定并继而被PWM控制器用于控制加热电路的开/关切换。
在加热元件的电阻随工作温度的变化而变化的设计中,可通过将参考部件,例如参考电阻并入加热电路以控制加热电路的开启时间而对加热元件的瞬时电阻进行实时测量。
加热元件的电阻变化会使得汽化过程中产生的的气溶胶的量发生变化,这会导致产生的蒸汽的量和特征发生变化,例如尼古丁需要被控制在特定的范围内以避免对人的喉咙产生刺激或能够满足相关管理条例的要求。因此,动态输出电源管理技术的另一个优势在于其可与例如无线圈加热元件、例如基于纤维的加热元件等多种加热元件相兼容。尤其是针对由纤维制成的加热元件而言,例如碳纤维束,对同一批中的所有碳纤维束而言,碳纤维束的精确电阻值并不能被切实地保持,这种动态输出管理技术被期望是由于其可以响应碳纤维束的电阻值范围,例如1.5欧姆,以在一个范围内调整输出功率。这将减轻碳纤维束的制造过程中的负担并由此降低碳纤维束的成本。结合以下参照附图对本发明的示例性实施例的描述,本发明的特点、特征和优点以及以上描述的获得它们的方式将变得更加明显并且更清楚地被理解。
附图说明
在附图中,相同的元件编号表示每个视图中的相同元件。
图1是示例性电子烟的示意性横截面图;
图2是具有液体引导结构的无线圈加热元件的俯视图;
图3(a)至3(c)示出了具有与液体供应装置接触的液体引导结构的无线圈加热元件。图3(a)是没有与液体供应装置接触的垫片的无线圈加热元件的放大侧视图。图3(b)是具有与液体供应接触的垫片的无线圈雾化器的放大侧视图。图3(c)是与液体供应装置接触的图3(a)或图3(b)的无线圈加热元件的俯视横截面图。垫片位于液体供应装置和液体引导结构的第一衬垫之间,因此从俯视图中未示出;
图4是具有涂覆的导电纤维的无线圈加热元件的俯视图;
图5是成形为具有不同电阻面积的无线圈加热元件的俯视图;
图6(a)至6(d)示出了纤维材料衬垫的不同形状;
图7(a)至7(e)示出了涂覆导电纤维以制造图2所示的无线圈加热元件的方法;
图8(a)至8(g)示出了图5所示的无线圈加热元件的制备过程;
图9示出了将无线圈加热元件的电阻修改到期望范围的过程;
图10是表示包括动态输出电源管理单元的电子香烟的加热电路的图;
图11是表示包括动态输出电源管理单元的电子香烟的加热电路的另一实施例的图;
图12是表示当加热元件具有恒定电阻值时的电源供电的放电时间的示意图;
图13是表示当加热元件具有可变电阻值时的电源供电的放电时间的示意图;
图14是表示当加热元件具有可变电阻值时的另一个电源供电的放电时间的示意图;
图15是示出了图10中的动态输出电源管理单元的框图;
图16是示出了图11中的动态输出电源管理单元的框图;
图17A是示出了图15所示的电源管理单元的控制方法的流程图;
图17B是根据本发明另一实施例的由图15所示的电源管理单元实现的控制机制的流程图:
图18A是图16所示的电源管理单元的替代性控制方法的流程图;
图18B是图16所示的电源管理单元的替代性控制方法的流程图;
图19是图示了图11中的动态输出电源管理单元的另一个示例的框图;以及图20是示出基于模拟电子器件的加热元件的控制电路的框图。
具体实施例
如图1所示,电子烟10通常具有外壳,该外壳包括具有端盖16的圆柱形中空管。圆柱形中空管可以是单件或多件管。在图1中,圆柱形中空管被示出为具有电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14的两件式结构。电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14一起形成大致与常规香烟相同的尺寸和形状的圆柱形管,典型地约100mm,直径为7.5mm,尽管长度可以为70至150或180mm,直径为5-20mm。
电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14通常由钢或耐磨塑料制成,并与端盖一起作用以提供容纳电子烟10的部件的外壳。电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14可以被配置成通过摩擦推动配合、卡扣配合或卡口配件、磁性配合或螺纹配合在一起。端盖16被设置在主体的前端。端盖16可以由半透明塑料或其他半透明材料制成,以允许位于端盖附近的LED 20通过端盖发光。端盖可以由金属或其他不允许光线通过的材料制成。
可以在端盖中,在圆柱形中空管旁边的入口边缘处,沿着圆柱形中空管的长度的任何位置,或者在电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14的连接处设置进气口。图1示出了设置在电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14之间的交叉处的一对进气口38。
电池18、发光二极管(LED)20、控制电子装置22以及可选的气流传感器24被设置在圆柱形中空管电池部分12内。电池18被电连接到控制电子装置22,该控制电子装置22被电连接到LED 20和气流传感器24。在该示例中,LED 20位于主体12的前端,邻近端盖16,并且控制电子装置22和气流传感器24被设置在靠近雾化器/液体贮存器部分14的电池18的另一端的中央腔室内。
气流传感器24起到吹气检测器的作用,检测用户在电子烟10的部分14的吸嘴上的吹气或吸气。气流传感器24可以是用于检测气流或气压变化的任何合适的传感器,例如包括通过空气压力的变化而引起移动的可变形膜的麦克风开关。或者,传感器可以是霍尔元件或机电传感器。
控制电子装置22也被连接到雾化器26。在所示的例子中,雾化器26包括无线圈加热元件4,该无线圈加热元件4延伸穿过雾化器/液体贮存器部分14的中央通道32。无线圈加热元件4没有完全阻塞中央通道32。而是在无线圈加热元件4的任一侧上提供气隙,使得空气流过加热元件。雾化器可以可选地使用其他形式的加热元件,如陶瓷加热器,或纤维或网状材料加热器。在雾化器中也可以使用非电阻加热元件,例如声波、压电和喷射。
中央通道32是被圆柱形液体供应装置34围绕,其中液体引导结构邻接或延伸到液体供应装置34中。液体供应装置34可以可选地包括浸泡在围绕中央通道32的液体中的填塞物,其中液体引导结构的端部邻接填塞物。在其它实施例中,液体供应装置34可以包括布置成充满液体的环形腔室,并且液体引导结构的端部延伸到该环形腔室中。
在雾化器/液体贮存器部分14的远离端盖16的后端设置有吸气口36。吸气口36可由圆柱形中空管雾化器/液体贮存器部分14形成或可以在端盖中形成。
在使用中,使用者在电子烟10上吮吸。这使得空气经由一个或多个进气口,例如进气口38被吸入电子烟10,并且通过中央通道32朝向吸气口36吸入。通过气流传感器24检测到所产生的气压变化,气流传感器24产生被传递给控制电子装置22的电信号。响应于该信号,控制电子装置22启动加热元件4,其导致存在在加热元件4中的液体被汽化,从而在中央通道32内形成气溶胶(其可以包括气体和液体成分)。当使用者继续在电子烟10上吮吸时,该气溶胶通过中央通道32被吸出并被用户吸入。同时,控制电子装置22还启动LED 20,使LED 20点亮,通过半透明的端盖16可见,以模拟传统香烟的末端的发光余烬的外观。当加热元件4中存在的液体转变为气溶胶时,更多的液体通过毛细管作用从液体供应装置34被吸入加热元件4中,并且因此可以通过随后的加热元件4的激活而被转换成气溶胶。
一些电子烟旨在是一次性的,并且电池18中的电力旨在足以使包含在液体供应装置34内的液体汽化,在这之后便将电子烟10扔掉。在其他实施例中,电池18是可再充电的并且液体供应装置34是可再充填的。在液体供应装置34是环形腔室的情况下,这可以通过经由再填充端口再填充液体供应装置来实现。在其他实施例中,电子烟10的雾化器/液体贮存器部分14可从电池部分12拆卸,并且新的雾化器/液体贮存器部分14可装配有新的液体供应装置34,从而补充液体的供应。在一些情况下,更换液体供应装置34可能涉及更换加热元件4以及更换液体供应装置34。
新的液体供应装置34可以是具有中央通道32的烟弹的形式,使用者通过该中央通道吸入气溶胶。在其他实施例中,气溶胶可围绕烟弹的外部流动至吸气口36。
当然,除了以上对典型的电子烟10的结构和功能的描述之外,还存在变化。例如,LED 20可以被省略。气流传感器24可以被放置在端盖16附近,而不是放在电子烟的中间。气流传感器24可以被替换为使用户能够手动启动电子烟的开关,而不是响应于检测到空气流量或空气压力的变化。
可以使用不同类型的雾化器。例如,用于电子香烟的无线圈雾化器具有由导电纤维材料制成的加热元件。在一个方面中,导电纤维夹在第一衬垫和第二衬垫之间,该衬垫用作液体引导结构。一个或两个衬垫接触液体供应装置。衬垫将液体从液体容器或液体供应装置中传导至加热元件。衬垫可以由天然或合成纤维制成,或者由其他材料制成,其通过毛细管作用或扩散传导液体,诸如玻璃纤维。
在一个相关的方面,加热元件可以进一步包括由木质纤维制成的垫片,其放置在液体供应装置和衬垫之间,垫片的一个表面接触液体供应装置,并且垫片的相对表面接触第一衬垫。垫片将液体从液体供应装置传导至第一衬垫。除了木质纤维之外,其他纤维素纤维如植物纤维可用于垫片。
更具体地说,电子香烟包括具有加热元件的无线圈雾化器,该加热元件具有第一引线、第二引线以及电连接到第一和第二引线的一个或多个导电纤维。引线之间的部分形成加热部分。加热部分中的导电纤维的至少一部分夹在两个衬垫,即第一衬垫和第二衬垫之间。衬垫由玻璃纤维、碳纤维或任何其他适于传导液体的纤维制成。衬垫与液体供应装置中的液体接触,由此将液体引导至导电纤维的加热部分。加热元件还包括可选的垫片。当使用垫片时,垫片被放置在液体供应装置和第一衬垫之间,使得垫片的一个表面接触液体供应装置并且垫片的相对表面接触第一衬垫,从而将液体从液体供应装置引导到第一衬垫上。
导电纤维的一部分可以涂覆有导电材料以降低纤维的电阻。或者,导电纤维材料可以被成形为具有较小和较大电阻的区域。导电纤维还可以包括第一和第二导电部分。第一和第二导电部分分别靠近第一和第二引线。第一导电部分和第二导电部分可以具有相对于具有较高电阻(例如,约3Ω至约5Ω,或约1Ω至约7Ω)的加热部分的电阻的低电阻(例如,约1Ω或更小)。加热元件可被设计成具有约3Ω至约6Ω,或约1Ω至约8Ω的所需的总电阻。当电子烟打开时,电流通过导电部分和加热部分在电极之间流动。由于加热部分的较高电阻,流过加热元件的电流在加热部分处产生热量。
如图2所示,具有加热元件的导电纤维2的加热元件4被安装在两根引线3和3′之间的板1上。该板可以是具有其他电部件的印刷电路板(PCB),或者可以是其中唯一的电部件是加热元件4的电路板。该板可以是绝缘材料,其为加热元件提供足够的支撑,例如玻璃纤维。两根引线3和3′之间的纤维形成加热部分6。加热部分被定向为垂直于中央通道32中的气流。加热部分中的至少一部分纤维被夹在第一衬垫13和第二衬垫13′之间(从俯视图未示出)。第一衬垫13和第二衬垫13′由诸如玻璃纤维或碳纤维之类的任何导电材料制成,并且用作液体引导结构以将液体从液体供应装置传导到纤维2。第一衬垫13和第二衬垫13′可以具有相同或不同的尺寸和/或形状。板1可具有至少部分与加热部分6的一部分重叠的通孔1′(例如与约30%至约100%,约50%至约100%,约90%至约100%或约100%的加热部分)。引线3和3′可以由任何导电材料制成。引线也可以可选地由导电材料制成,其可以将液体输送到纤维2。纤维2可以横向延伸或不延伸超过引线3和3′。纤维2可以被定位成在引线3和3′之间基本上彼此平行,其中纤维和连接引线3和3′的线之间的最大角度为约0至约10°,约0至约5°,或约0至约2°。
用于制造可输送液体的引线3和3′的导电材料可以是多孔电极材料,包括但不限于导电陶瓷(例如导电多孔陶瓷和导电泡沫陶瓷)、泡沫金属(例如Au,Pt,Ag,Pd,Ni,Ti,Pb,Ba,W,Re,Os,Cu,Ir,Pt,Mo,Mu,W,Zn,Nb,Ta,Ru,Zr,Pd,Fe,Co,V,Rh,Cr,Li,Na,T1,Sr,Mn及其任何合金),多孔导电碳材料(例如石墨、石墨烯和/或纳米多孔碳基材料),不锈钢纤维毡及其任何复合材料。导电陶瓷可以包含选自由氧化物(例如ZrO2,TrO2,SiO2,Al3O2等)、碳化物(例如SiC,B4C)、氮化物(例如AlN)、上述任何金属、碳(例如石墨、石墨烯和碳基材料)、Si、以及任何组合和/或这些材料的复合材料组成的组中的一种或多种。术语两种或更多种组分的“复合材料”是指例如通过烧结和/或沉积从两种或更多种组分的至少一种加工获得的材料。
为了清楚地说明,图2仅示意性地示出了几根间隔开的纤维。然而,所示的各个纤维也可以是接触的纤维。单根纤维也可以以织物的形式提供,其中纤维彼此接触以通过毛细管作用提供液体输送。纤维的直径可以是约40μm至约180μm,或者约10μm至约200μm。纤维可以具有基本相似或不同的直径。纤维可以通过毛细管作用允许液体沿着或通过纤维流动。纤维材料可以是有机纤维和/或无机纤维。无机纤维的实例包括碳纤维、SiO2纤维、TiO2纤维、ZrO2纤维、Al2O3纤维、Li4Ti5O12纤维、LiN纤维、Fe-Cr-Al纤维、NiCr纤维、陶瓷纤维、导电陶瓷纤维及其改性纤维。有机纤维的实例包括聚合物纤维(例如聚苯胺纤维和芳族聚酰胺纤维)、有机金属纤维和这些类型的纤维的改性。
通过暴露/涂覆/粘附纤维到具有亲水基团的化合物(例如氢氧化物基团),纤维可以被改性以改善表面性质(例如更好的亲水性能以增强芯吸能力)。
纤维材料也可以被改性以具有期望的电特性。例如,可以通过将一种或多种改性材料施加到纤维材料上来改变纤维材料的导电性。该改性材料可以包括SnCl2、碳(例如石墨,石墨烯和/或纳米多孔碳基材料)、以上列出的任何金属,和/或它们的合金,以增加纤维或纤维材料的导电性。某些盐可以用作改性材料以提供较低的导电性。可通过涂覆、粘附、溅射、电镀或以其他方式将改性材料沉积到纤维或纤维材料上来将改性材料施加到纤维或纤维材料上。
在使用图2所示的加热元件的电子烟操作中,来自液体供应装置的液体通过引线被提供到加热部分上。另外,来自液体供应装置的液体通过诸如衬垫13和13′的液体引导结构被传导到加热部分上。当使用者在电子烟上吸气时,蒸发的液体与流过孔1’的空气混合,孔1’至少部分地与加热部分6的一部分重叠(例如与加热部分的约30%至约100%、约50%至约100%、约90%至约100%,或约100%重叠)。
图3(a)-3(c)示出了具有或不具有可选垫片的具有液体引导结构的无线圈加热元件的构造。图3(a)示出了无线圈雾化器的侧视图。加热元件4在引线3和3′之间具有加热部分6。加热部分6的至少一部分夹在第一衬垫13和第二衬垫13′之间。液体供应装置34接触第一衬垫13,该第一衬垫13将液体通过衬垫的导电材料中的孔隙或通过毛细管作用传导到加热部分6上。图3(b)示出了具有垫片的另一无线圈雾化器的侧视图。图3(b)所示的结构类似于图3(a)的结构,不同之处在于垫片21被放置在液体供应装置34和第一衬垫13之间,使得垫片21的一个表面接触液体供应装置34,并且垫片21的相对的表面接触第一衬垫13。图3(c)是无线圈加热元件的俯视横截面图,示出了如果不使用垫片,则液体供应装置34接触第一衬垫13。当使用垫片时,它被放置在液体供应装置和第一衬垫之间,因此无法从俯视横截面图看到。
图4示出了图2中所示的加热元件4被进一步修改以成具有不同的导电部分。纤维2被安装在两个引线3和3′之间的板1上。加热部分6的至少一部分夹在衬垫13和13′之间。引线3和3′能够或不能够由能够使液体到达纤维材料2的导电材料制成,如上面关于图2所描述的。纤维能够或不能够横向延伸超出引线。引线3和3′之间的纤维具有电连接到第一引线3的第一导电部分5,电连接到第二引线3′的第二导电部分5′,以及位于第一导电部分5和第二导电部分5′之间的加热部分6。导电部分5和5′相对于加热部分6具有较低的电阻。加热部分6和引线可以具有选择的电阻,使得加热元件4的总电阻适于电子香烟的操作,电子香烟通常工作在约3到5伏的直流电池电压下。在这种情况下,加热元件4在室温下可以具有约3~5Ω,或约3.8Ω的电阻。
导体的电阻可以通过以下公式计算:
其中R是电阻(Ω),1是导体的长度,A是导体的横截面积(m2),并且ρ是材料的电阻率(Ωm)。
在导电部分5和5′(A5,A5′)和加热部分6(A6)之间,纤维的面积相对于电流可能没有显著差异。但是,导电部分的电阻应该低于加热部分。如上所述,这可以通过选择性地改性纤维来实现,以减小导电部分的电阻,和/或增加加热部分的电阻。
在图4中,导电部分5和5′具有L5和L6的长度。导线3和3′之间的距离是L4。尺寸L4、L5、L5′、L6、L4、A4、A5、A5′和A6可以随着一根或多根纤维的选择而调整,以实现特定的电阻。例如,对于具有约3~5Ω,或约3.8Ω的电阻的加热元件,L6可以是约3至约4mm。L4、L5、L5′、L6、L4、A4、A5、A5′和A6也可以根据使用雾化器的电子香烟的大小进行选择。例如,加热元件6可以用在直径约5mm至约10mm的电子香烟中。
在另一个实施例中,如图5所示,无线圈加热元件的导电部分和加热部分之间的不同电阻通过将上述部分成形为具有电流的不同横截面来实现。
图5示出了无线圈加热元件4,其是具有一个或多个纤维材料的衬垫2,该衬垫2与板1上的两个引线3和3′电连接。纤维材料衬垫2具有面积为A5的第一导电部分5,面积为A5′的第二导电部分5′和面积为A6的加热部分6。加热部分6的至少一部分夹在第一衬垫13和第二衬垫13′(未示出)之间。接触衬垫2的板1的表面可以是导电的并且电连接到引线3和3′。或者,与衬垫2的导电部分5和5′接触的板1的表面的至少大部分(例如,约70%至约99.9%,约80%至约99.9%,或约90%至约99.9%)可以导电并且电连接到引线3和3′。因此,导电部分A5和A5′的面积可被认为是导电部分的横截面面积,而加热部分A6的面积可被认为是加热部分的横截面面积。
A5和A5′明显大于A6(例如,3、4、5或10至20倍大),使得加热部分6具有比导电部分5和5′更高的电阻。尽管纤维材料衬垫2的厚度可以通过对相同的衬垫进行改变,但是与导电部分5和5′(分别为A5,A5′)和加热部分6(A6)之间的面积差异相比,深度差异对导电性没有显著影响。
纤维材料衬垫2可以采用具有由较窄部分连接两个较宽部分的任何形状。例如,纤维材料垫2可以具有蝴蝶结或哑铃的形状(例如参见图6(a))。蝴蝶结或哑铃的较宽端部形成导电部分。蝴蝶结或哑铃的较窄端部形成加热部分6。在另一个示例中,较宽部分可以是正方形(例如,参见图6(b))、矩形(例如,参见图6(c)))、三角形(例如,参见图6(d)),或圆形或椭圆形(例如,参见图6(a))。在某些实施例中,纤维衬垫2可以是具有约8mm(L2)的直径和约1mm的厚度的圆形衬垫。加热部分6的长度(L6)可以是大约3至大约4mm。加热部分6的宽度(W6)可以是大约1mm。导电部分的弧长(15)可以是大约10mm。导电部分的面积(A5和A5′)可以分别是大约12至大约20mm2。加热部分的面积(A6)可以是约3至约4mm2。导电部分和加热部分之间的面积比约为(A5∶A6)3、4、5或10至20。
衬垫的纤维的直径可以是约40μm至约180μm,或者约10μm至约200μm,并且纤维衬垫的厚度可以是0.5至2mm或者约1mm。上述的纤维材料和改性也可以用在本实施例的衬垫上。
图7(a)-7(e)示出了图2所示的无线圈加热元件的制造过程,其可以包括以下步骤:
a)在第一引线3和第二引线3′之间的板1上安装一个或多个纤维2(图7(a))。板1在第一引线3和第二引线3′之间具有通孔1′。
b)用掩模8覆盖在第一引线3和第二引线3′之间的一部分纤维上,以提供纤维的掩模部分15和纤维的未掩模部分9和9′(图7(b))。通孔1′至少部分地与纤维的掩模部分15的一部分重叠。
c)如上所述用改性剂7溅射或以其他方式涂抹纤维的未遮盖部分9和9′的至少一部分,其中改性剂7具有比溅射前的纤维更低的电阻(图7(c))。
d)去除掩模8以暴露出下面的纤维(图7(d))。
e)施加第一衬垫13和第二衬垫13′,使得纤维15的一部分或整个纤维15夹在衬垫13和13′之间以提供如图2所示的加热元件。
图8(a)-8(d)示出了图5中所示的无线圈加热元件的制造过程,其可以包括以下步骤:
I)将一个或多个纤维材料的衬垫2(图8(a))成型为具有第一部分17、第二部分17′,和第一及第二部分17和17′(图8(b))之间的第三部分11(图8(b)),其中第一和第二部分17和17′分别具有比第三部分11(A6,图8(b))更大的面积(A5,A5′)。
II)将由步骤I)获得的成型的衬垫2安装在第一引线3和第二引线3′之间的板1上(图8(c))。窄部11(图8(b))成为加热部6(图8(c)),第一及第二更宽部17和17′(图8(b))分别成为第一及第二导电部5和5′(图8(c))。
III)施加第一衬垫13和第二衬垫13′,使得加热部分6中的纤维的一部分或纤维的整个部分夹在衬垫13和13′之间(图8(d)),以提供加热元件,如图5所示。
图8(e)-8(g)显示了可以在步骤(II)之后和步骤(III)之前进一步实施的可选方法,通过使用以下步骤:
1)用掩模8覆盖加热部分6的部分或全部,以提供纤维的掩模部分15和纤维的未掩模部分9和9′(图8(e))。
2)如上所述用改性剂7涂抹纤维的未掩模部分9和9′的至少一部分,同时对纤维的掩模部分不进行处理,其中改性剂7具有比溅射前的纤维更低的电阻(图8(f))。
3)去除掩模8以暴露下方的纤维(图8(g))。
如上所讨论的过程可以被调整以提供具有大约低于期望的初始电阻的加热元件。然后可以通过以下步骤通过烧结进一步处理加热元件,以经由以下步骤提供期望电阻(图9)的±0.1Ω的最终电阻:
i)向第一导线3和第二导线3′施加已知的电压(V),可选地,加热元件4的纤维2被涂覆或用烧结材料处理。当加热元件加热时,纤维2和/或烧结材料的电阻永久地改变。
ii)监测通过电加热元件4的电流(I)。
iii)当测量的电流(I)达到对应于加热元件4的期望电阻的电流时,切断电压。
烧结过程可以应用在环境空气中。或者,可以通过向过程中加入氧气来加速烧结过程。
所描述的加热元件可以以低成本高效且方便地大量生产。它们也可以精确控制电阻来制造,从而在电子香烟中使用时性能更好。所描述的加热元件也可制成小尺寸,以提供用于电子香烟的更大的通用性。单独使用或与垫片结合使用的液体引导结构提供了液体传导到加热部分上的改进。
上述无线圈雾化器可以替代地描述为具有引线和夹在两个衬垫之间的加热部分的导电液体芯。加热部分可以由具有比引线更高电阻的芯的面积被限定,使得通过芯的电流将加热部分加热到例如100℃至350℃的高温,而引线,其与大体积液体源接触,保持相对不热。芯作为单一元件,加热液体以产生蒸汽,并且还将液体从大体积液体源输送到加热位置。另外,夹着加热部分的衬垫将液体传导至加热部分。衬垫由合适的多孔纤维制成,例如传导液体而不是电的玻璃纤维。可选地,由木质纤维制成的垫片可以被放置在大体积液体源与第一衬垫之间,使得垫片的一个表面接触大体积液体源并且垫片的相对表面接触第一衬垫。导电液体芯可由纤维、织物、毛毡或多孔基质制成,其可以通过芯材料传导电流和液体,并且芯的电阻不均匀以提供不同的加热部分。在处理材料以在引线和加热部分之间产生不同的电阻之前,加热部分和引线可以由相同的下层材料整体形成。一般情况下,芯具有夹在两个衬垫之间并由两条引线为界的单个加热部分。
芯可以是平坦的,例如像织物。芯可能在很大程度上是不透气。芯的加热部分可以垂直于电子香烟内的气流定向,空气围绕芯而不是通过芯来流动。在雾化室或空间内,芯可以垂直于气流而不会自行回绕,也不会纵向延伸或与气流的方向平行。在尺寸与常规香烟(直径5-10或12mm,长度80-120mm)相当的电子香烟中,大体积液体源含有足够的液体用于至少100个吸烟动作和至多500个吸烟动作(通常为0.1到2毫升)。
在一些实施方案中,芯可以通过将多于一种的纤维材料编织或粘合成编织物或成束而制成。例如,编织物或束或纤维可以通过编织或粘合诸如碳纤维的导电纤维和诸如玻璃纤维的非导电纤维来形成。与仅由玻璃纤维制成的芯相比,由玻璃纤维和碳纤维制成的编织物既可以从液体结构中芯吸液体,又可以用作加热元件。与仅由碳纤维制成的芯相比,可以实现相对较高的芯吸效果而不牺牲编织物的电阻。
编织物的织物可以沿着编织物的长度变化,以反映沿着编织物长度的芯吸效果和电阻的差异。例如,编织物的中间部分可以编织成具有较大的电阻,而与引线邻接的两个末端部分可以以较低的电阻编织,使得中间部分充当加热元件。
通过使用由碳纤维和玻璃纤维制成的编织物,可以省去液体引导衬垫,因为汽化所需的液体可以直接引入到编织物中,特别是从末端部分到编织物的中间部分。
在其它实施例中,例如图5所示的实施例中,可通过使用由多于一种纤维材料(例如由碳纤维和玻璃纤维)制成的纤维衬垫2以省去液体引导衬垫5,5′。纤维衬垫2可由两种纤维材料制成,该两种纤维材料沿着整个衬垫即沿着部分5,5′和6编织成具有单一纤维纺织品的纤维织物。或者,不同的纤维纺织品可以用于制造纤维衬垫的不同部分。例如,部分5和5′可以由具有较低电阻但具有较高芯吸效果的纺织品制成,而部分6可以由具有较高电阻但具有相同或较低芯吸效果的纺织物制成。预测性示例1.根据图7和9所示的过程准备的,如图4所示的无线圈雾化器。
I)安装和溅射(图7)
多个SiO2纤维2被安装在两个金属引线3和3′之间的圆形PCB 1上。板在两根引线3和3′之间有一个通孔1′。掩模8被放置成覆盖引线3和3′之间的纤维的一部分(横向约3至约4mm),以提供纤维的掩模部分15和纤维的未掩模部分9和9′。通孔1′与纤维的掩模部分15重叠。纤维的未掩模部分9和9′溅射有Cr。去除掩模8以暴露下面的纤维。如图2所示,施加第一衬垫13和第二衬垫13′,使得纤维15的一部分或整个纤维15夹在衬垫13和13′之间以提供加热元件4。
II)烧结(图9)
加热元件4的电阻约为2.8至3.2Ω。对引线3和3′施加3.8V的电压,并监测通过电加热元件4的电流(I)。当测得的电流(I)达到1A时,电压被切断,这意味着加热元件4的电阻是3.8Ω。烧结过程应用在环境空气中,可能需要大约1分钟。通过加入氧气可以加速烧结过程。
III)具有液体引导结构的无线圈雾化器(图3(a)-3(c))
如上所述准备了具有所需电阻的无线圈加热元件4。液体供应装置34可以被装配以与第一衬垫13直接接触。可替代地,液体供应装置34可以与由木质纤维制成的垫片接触,该垫片又与第一衬垫13接触以将液体传导到加热部分6上。
预测性示例2.根据图8和9所示的过程准备的如图5所示的无线圈雾化器。
I)安装和可选的溅射(图8)
碳纤维衬垫2通过激光切割或冲模工艺成型以提供具有两个端部和一个中间部分的形状。碳纤维衬垫2的直径约为8毫米。碳纤维衬垫2的厚度约为1mm。中间部分的长度约为3至4毫米,宽度约为1毫米。端部的面积是中间部分面积的三到五倍。成型的碳纤维衬垫2被安装在两个金属引线3和3′之间的圆形PCB 1上。板1在两个引线3和3′之间具有通孔1′。碳纤维衬垫2的中间部分与通孔1′重叠。得到的部件可以作为电子香烟的无线圈雾化器中的加热元件使用。
进一步处理第二示例性加热元件以降低两个端部的电阻。如图8所示,将掩模8放置在中间部分的一部分上。通孔1′与纤维的掩模部分15重叠。纤维的未掩模部分9和9′溅射有Cr++。去除掩模8以暴露下面的纤维。如图5所示,施加第一衬垫13和第二衬垫13′,使得加热部分6中的纤维的一部分或整个纤维部分夹在衬垫13和13′之间以提供加热元件4。
III)施加第一衬垫13和第二衬垫13′,使得加热部分6中的纤维的一部分或纤维的整个部分夹在衬垫13和13′之间(图8(d)),以提供如图5所示的加热元件。
II)烧结(图9)
加热元件4的电阻约为2.8至3.2Ω。对引线3和3′施加3.8V的电压,并监测通过电加热元件4的电流(I)。当测得的电流(I)达到1A时,电压被切断,这意味着加热元件4的电阻是3.8Ω。烧结过程应用在环境空气中,可能需要大约1分钟。
III)具有液体引导结构的无线圈雾化器(图3(a)-3(c))
如上所述准备了具有所需电阻的无线圈加热元件4。液体供应装置34可以被装备以与第一衬垫13直接接触。可替代地,液体供应装置34可以与由木质纤维制成的垫片接触,该垫片又与第一衬垫13接触以将液体传导到加热部分6上。
在根据图10的应用的实施例中,示出了具有加热元件10、电源20以及连接在加热元件10和电源20之间的开关元件30的加热电路100。加热元件10可以是基于纤维的,例如由诸如碳纤维的导电纤维制成的,或由诸如碳纤维的导电纤维和诸如玻璃纤维的非导电纤维制成的编织物。基于纤维的加热元件可以可被处理或在工作时保持实质干燥以使得其在工作温度范围内具有基本上恒定的电阻值。第一开关元件30可以是第一MOSFET开关,其可由第一控制波形在开状态和关状态之间配置。电源20可以是普通电池,例如镍氢充电电池、锂充电电池,或锂锰一次性电池,或锌锰一次性电池。第一控制波形可以由波形控制器产生,其被包括于电源管理单元200中或由专用电路实现或由处理器或控制器实现功能实现。
图15示出了可替换的实施例,其中PMU 200具有至少一个用于检测电源20的输出电压的电压检测器201。放电时间估计设备202用于根据检测到的输出电压以及存储设备203中存储的加热元件的电阻值估计电源在吸烟动作期间的放电时间。波形图案推导设备204根据估计到的放电时间以及存储器中保存的预定的功率消耗P以及吸烟动作持续时间tp确定第一控制波形的高电平时间和低电平时间之比。波形发生器205根据确定的图案产生第一控制波形。
如图17A所示,在步骤S101,通过在每次吸烟动作的开始检测电源的工作电压以推导加热元件应该被供电的时间。预定的功率消耗P以及每个吸烟动作的持续时间tp是已知参数并可被预先存储于存储设备203,例如微控制器的寄存器中。
一次吸烟动作的加热元件能量消耗是使用公式1基于加热元件的电阻估计的,该能量消耗继而在步骤102中用于推导向加热元件提供期望的能量所需的时间:
公式1:P X tp/th-p=V2/Rh或th-p/tp=P X Rh/V2;
其中,P是加热元件针对一次吸烟动作的预定能量消耗;th-p是加热元件应该被供电的时间;tp是一次吸烟动作通常持续的时间;V是电源的工作电压;而Rh是加热元件的电阻值。
借助估计的加热元件应被供电的时间,在步骤S103中可推导出波形图案。
例如,推导出的th-p可以等于或大于每次吸烟动作的持续时间tp。在这种情况下,可将第一MOSFET开关30在整个吸烟动作时间段内保持在关闭状态。施加于加热元件10的电源20的输出在此吸烟动作期间之内则表现为DC输出。
在其他的实施例中,推导出的th-p可比每个吸气动作的持续时间tp小。在这种情况下,根据不同的高电平时间和低电平时间之比的不同的控制波形来配置第一MOSFET开关30,以反映th-p和tp之比。
波形设备,例如波形发生器205继而在步骤S104被用来根据推导出的波形图案产生第一控制波形。
在进一步的实施例中,如图17B所示,吸烟动作可被划分为多个周期区间,例如N个周期区间,每个周期tc将持续时间tc=tp/N,步骤S201。每个周期区间电源工作电压可能略有不同,而针对每个周期区间的电源的放电时间可根据检测到的在每个周期区间开始时的工作电压推导出来,步骤S202。与上面所述的相似的算法可被用于每个周期以确定加热元件在时间段tc内所应当被供电的时间。加热元件应当在每个周期内被供电的时间t’h-p可在步骤S203中通过公式2推导出来:
公式2:t’h-c/tc=PX Rh/V2;
其中,P是每个周期区间中加热元件的预定的能量消耗;并且一个周期区间中的预定的能量消耗可以是每个周期中的预定的能量消耗除以周期区间的数量的结果。
类似地,用估计出的加热元件应当被供电的时间,可在步骤S204中推导出波形图案。
推导出的t’h-p可以等于或大于周期区间的持续时间tc。因此第一MOSFET开关30可在整个周期区间内保持在关闭状态。施加于加热元件10的电源20的输出在此周期区间之内则表现为DC输出的形式。
在其他的实施例中,推导出的t’h-p可比每个吸气动作的持续时间tc小。根据不同高电平时间和低电平时间之比的不同的控制波形来配置第一MOSFET开关30,以反映t’h-p和tc之比。根据该步骤,在一段时间内转换的能量基本上与相同时间段的预定能量转换值相同。
可继而在步骤S205中使用波形设备,例如波形发生器205,根据推导出的波形图案产生第一控制波形。
重复该处理直至吸烟动作内的所有周期区间的波形都被产生。
除使用MOSFET作为开关元件外,双极型晶体管以及二极管也可被用作开关元件来开启或切断加热电路。
第一控制波形可以是PWM(脉宽调制)波形,而波形发生器可以是PWM波形发生器。PWM波形发生器可以是微控制器的一部分或PWM控制器的一部分。
图10,除了在图10中描述的部件以外,加热电路100进一步包括参考元件40,例如一个参考电阻或串联或并联的一组参考电阻,具有基本上恒定的电阻值,参考元件40与加热元件10串联并通过第二开关元件50,例如第二MOSFET开关与加热电路断开,该第二MOSFET开关可由第二控制波形在打开状态和关闭状态间配置。参考电阻40具有已知的电阻值Rf,其在电子香烟的整个工作温度下和工作时间内是一致的。
图16示出了图10中的示例性加热电路中的电源管理单元200的框图。该单元200具有至少一个电压检测器201用于检测电源20的输出电压及/或参考电阻上的电压降,以及/或加热元件上的电压降。加热元件电阻值计算单元206基于检测到的电源的输出电压及/或参考电阻上的电压降及/或加热元件上的电压降,以及存储于存储设备203中的参考电阻的阻值来计算加热元件的瞬时电阻值或平均值。放电时间估计设备202根据检测到的输出电压以及计算出的加热元件的电阻值来估计电源在吸烟动作持续时间内的放电时间。波形图案推导设备204根据估计出的放电时间以及存储于存储器203内的预定的功率消耗P以及吸烟动作通常持续的时间tp来确定第一控制波形的高电平和低电平之比。波形发生器205根据确定的图案产生第一控制波形。
为了检测电源的输出电压,以及/或参考电阻上的电压降,以及/或加热元件10上的电压降,第一MOSFET开关30被配置在打开状态而第二MOSFET开关50被配置在关闭状态。电源20、参考电阻40以及加热元件10连接成闭合电路。如图18A所描绘的,在步骤S301,执行对电源20的工作电压及/或加热元件10上的电压降的检测。继而可在步骤S302中使用公式3通过参照参考电阻40的电阻值以及测量到的电压来计算以推导瞬时电阻值。
公式3:Rh=V2XRf/(V1-V2);
其中Rh是加热元件的瞬时电阻值;Rf是参考电阻的电阻值,V1是DC电源的工作电压;V2是加热元件上的电压降。
可替换地或附加地,在步骤S302中,参考电阻40上的电压降可被检测以用于推导加热元件10的瞬时电阻值。公式3可继而略作修改以包含参考电阻40的电压降来替代电源20的输出电压。
对加热元件的瞬时电阻值的测量和计算可被重复,可从重复计算的结果推导出一平均值,并可将该平均值用于进一步的处理。
在加热元件的瞬时电阻值或平均电阻值被计算出后。通过将第一MOSFET开关关闭并将第二MOSFET开关打开再次检测电源20的输出电压。针对一个吸烟动作的电源的放电时间继而在步骤S303通过使用公式1基于计算出的加热元件的电阻值以及新检测到的电源的输出电压被估计。在放电时间被估计出后,在步骤S304可确定波形图案,并在步骤S305可确定控制波形。
类似地,在此实施例中,如图18B所描绘的,一吸烟动作也可被划分为复数个周期区间,例如N个周期区间,每个周期tc持续的时间为tc=tp/N,步骤S401。公式2可再次被用于推导每个周期加热元件应当被供电的时间。
在第一个区间的开始,第一MOSFET开关30处于打开状态,第二MOSFET开关50处于关闭状态。参考电阻40的电压降以及电源的输出电压继而在步骤S402被检测。加热元件10的瞬时电阻值可通过公式3在步骤S403被推导出。
在加热元件的瞬时电阻值被推导出后,第一MOSFET开关20被配置在关闭状态并且第二MOSFET电阻50被配置在打开状态,继而参考电阻40自加热电路100断开。电源20的输出电压V继而被再次检测并且在步骤S404根据公式2推导电源20的放电时间,即在周期区间内第一MOSFET开关20需要被保持在关闭状态使得在加热元件处能够发生期望的能量转换的时间。
继而依据以上描述的相同过程推导针对每个周期区间的第一MOSFET开关30需要被保持在关闭状态的时间。在一些实施例中,加热元件的瞬时电阻值是在每个吸烟动作的开始时推导的并仅推导一次,该瞬时电阻值继而被用于推导在该吸烟动作持续时间内第一MOSFET开关30应该保持在关闭状态的时间。在其他实施例中,加热元件10的瞬时电阻值是在每个周期区间的开始时推导的并且仅被用来推导该周期区间内第一MOSFET开关30应当被保持在关闭状态的时间。推导加热元件的瞬时电阻值在加热元件对工作温度十分敏感时可能是非常被期望的。
类似地,替代地可推导参考电阻的平均电阻值并将其用于推导第一MOSFET开关需要被配置在关闭状态的时间。
在一些实施例中,推导出的t’h-p可以与每个周期区间的持续时间tc长度相等或更长。在此种情况下,第一MOSFET开关30将在整个周期区间内被保持在关闭状态,并且基于t’h-p与tc之比,第一MOSFET开关30还可在下一个周期区间的一段时间内或整个下一个周期区间内被保持在关闭状态。电源30的输出在此周期区间或多个周期区间向加热元件10提供DC输出。
在其他实施例中,推导出的t’h-p可比每个周期区间的持续时间tc更小。在这些情况下,第一MOSFET开关30根据不同的控制波形,例如,具有不同高电平和低电平比的PWM波形被配置以反映t’h-p与tc比。
例如,在步骤S405,波形图案继而根据t’h-p与tc的比值而确定,并且继而在步骤S406根据经确定的波形图案产生第一和第二控制波形。通过在步骤S407重复前述所有步骤来产生所有的周期区间的控制波形。
类似于第一控制波形,第二控制波形也可是PWM波形并且波形发生器可以是PWM波形发生器。波形发生器也可以是微处理器的一部分或是PWM控制器的一部分。
作为图10中的实施例的替换或附加,参考电阻40可以与加热元件10并联配置。在这种配置中,加热元件10的瞬时电阻值可以参照加热电路的每条支路的电流推导出。
在一些实施例中,参考电阻40两端的电压以及加热元件10的电压可以通过电压探头、电压测量电路或电压测量设备检测出来。
根据公式1至3的计算可通过处理器或控制器执行指令代码执行,或通过设计为执行前述的逻辑所专用的计算电路实现。
在本发明的实施例中,使用具有PWM功能以及存储功能的微处理器。存储功能可以存储由微处理器执行时能够实施前述逻辑的指令代码。
在进一步的实施例中,除了推导放电时间来产生控制波形,可推导加热元件的估计的功率消耗来产生控制波形。
如图19所示,本示例中的电源管理单元包括ADC 201用于检测电源20的第一输出电压及/或参考电阻40上的电压降,及/或加热元件10上的电压降。加热元件电阻值计算单元206基于该检测到的第一输出电压及/或参考电阻上的电压降及/或加热元件上的电压降来计算加热元件的电阻的瞬时值或平均值。参考电阻40的电阻值存储于存储设备203中。功率消耗估计设备207基于检测到的第二输出电压以及计算出的加热元件的电阻值估计在一段给定的时间内的功率消耗,例如,在吸烟动作的持续时间或吸烟动作中的一个周期区间。波形图案推导设备204基于估计的功率消耗以及存储在存储器203中的预定的功率消耗P来确定第一控制波形的高电平时间和低电平时间之比。波形发生器205根据确定的图案来产生第一控制波形。
此例中的加热元件可以是基于碳纤维的加热元件。微控制器的ADC读取碳纤维加热元件的电压Vwick与阻值为Rstandard的参考电阻上电压降Vres的电压比。标准电阻的电阻值是已知的,碳纤维加热元件的电阻值可通过公式4推导出来:
公式4:R_wick=(V_wick-V_res)/R_standard
继而将参考电阻从加热电路和碳纤维加热元件断开。ADC继而读取碳纤维的闭合电路电压Vclose。碳纤维的功率继而可通过公式5计算出:
公式5:P_CF=V_close^2/R_wick
估计出的功率PCF可以是例如3.2W,其高于预定的值2.5W,继而可以通过确定控制波形的高电平时间和低电平时间来确定第一MOSFET开关30的开、关时间。
例如,在每个50ms长的周期内,高电平时间是50ms*高电平时间/低电平时间=50ms*0.78=39ms,低电平时间是50ms-高电平时间=11ms。
继而由波形发生器产生控制波形以配置第一MOSFET开关30的开/关时间。
在估计的PCF小于预定的值2.5W的情况下,第一MOSFET控制器的输出波形将是全部关闭,电源的输出将以DC提供。
图2至图4是使用功率管理单元的加热电路的测试结果的示意图。这些结果显示出即便是在加热元件的电阻值在其工作周期内发生变化时及/或电池电压随时间的流逝而降低时也可保持基本上恒定的输出。
测试结果1:加热元件的基本上恒定的电阻值而电池容量降低
在一个示例中,在干加热元件上,即加热元件具有基本上恒定的电阻值,进行了使用图10所示的动态输出功率管理单元的动态放电测试。图12中显示了结果,其中,自上而下的数据线代表电池电压V,在280mAh处的以焦耳计的输出能量,以及以毫秒计的放电时间,即供电时间,与以秒计的测试时间的关系。
在一些示例中,加热元件的电阻值依赖加热元件的工作条件,例如,加热元件所接触的电子溶液的量,加热元件周围或其中的碳化情况,以及工作温度,而发生变化。加热元件可以是传统的加热元件或者是基于纤维的加热元件,例如碳纤维加热元件,如共同在审的国际申请No.PCT/CN2014/076018(于104年4月23日提交,标题为“Electronic coil withCoil-less atomizer application”)中所公开的,其全部内容通过引用并入本文。
示例2:湿加热元件且电池容量降低
在另一示例中,在湿加热元件上,即当加热元件具有不同的液体量时其电阻值会发生变化,进行了使用图10或11所示的动态输出功率管理单元的湿动态放电测试。图13中示出了结果。自上至下的数据线表示以欧姆计的加热元件的电阻值,电池电压V,在240mAh处的以焦耳计的输出能量,以及以毫秒计的放电时间,即供电时间,与以秒计的测试时间的关系。
示例3:湿加热元件且电池容量降低
图14示出了另一组湿动态放电测试的结果。自上而下的数据线代表以欧姆计的加热元件的电阻值,电池电压V,在280mAh处的以焦耳计的输出能量,以及以毫秒计的放电时间,即供电时间,与以秒计的测试时间的关系。
所描述的电源管理***可以包括用于电子吸烟设备的加热电路的动态输出功率管理单元,而PMU具有至少一个电压检测设备以检测电源的输出电压,及/或可经由第一开关元件可操作地连接至电源或自电源断开的加热元件的电压降,及/或经由第二开关元件的自第一状态向第二状态的变化以及由第二状态向第一状态变化而实现可操作地连接至加热电路或自加热电路断开的参考元件的电压降。控制器被配置为将第二开关元件的状态从第一状态改变至第二状态;自该检测设备接收第一检测结果;推导加热元件的电阻值;将第二开关元件自第二状态改变至第一状态;自电压检测设备接收第二检测结果;以及根据加热元件的电阻值和第二电压检测推导电源的放电时间。由此,一个时间段内的转换的能量基本上地等于针对同一时间段的预定的能量转换值。
前述的电源管理***可以依据存储于非暂时性机器可读介质上的指令运行,当执行指令时引起处理器控制电压检测设备检测电源的第一输出电压,及/或经由第一开关元件可操作地连接至电源的加热元件上的电压降,及/或经由第二开关元件可操作地连接至电源的参考元件上的电压降。当参考元件被连接至电源时,检测第一输出电压。指令可引导处理器根据电源的第一输出电压、加热元件上的电压降以及加热元件上的电压降的至少两个推导加热元件的电阻值,并且控制电压检测设备检测电源的第二输出电压。处理器可以继而根据电源的第二输出电压和推导出的加热元件的电阻值估计针对吸烟动作的电源的放电时间,使得在吸烟动作中转换的能量基本上等于针对一个吸烟动作的预定的能量转换值。可替代地,加热元件可以由模拟电子器件控制。根据图20,这里描述的模拟电子器件可以包括从反馈单元接收反馈信号的控制电路。反馈单元被设计用于测量加热元件的电状态,并向控制电路产生反馈信号。在接收到反馈信号时,控制器通过例如改变连接在加热元件上游的放大器的栅极电压来调节到加热元件的输出电压或输出电流。
如此处所使用的,当在数字前面使用“约”时,表示该数字的±10%。纤维的参考包括纤维材料(纺织或非纺织)。这里所指的液体是指用于电子香烟的液体,通常是与浓缩调料和/或尼古丁混合的丙二醇、植物甘油和/或聚乙二醇400的溶液以及等同物。这里对纤维材料和毛细管作用的参考包括多孔材料,其中液体通过固体多孔基质在内部移动。所描述的任何实施例中的每个元件当然也可以与任何其他实施例组合使用。电子香烟的参考包括电子雪茄和烟斗,以及它们的组件,例如雾化器。
这里描述的示例和实施例旨在说明本发明的各种实施例。这样,所讨论的具体实施例不应被解释为对本发明范围的限制。对于本领域技术人员来说显而易见的是,在不脱离本发明的范围的情况下可以进行各种等同、改变和修改,并且应该理解的是,这样的等同实施例将被包括在本文中。
Claims (16)
1.一种电子吸烟装置,其包括外壳内的雾化器,所述雾化器包括电阻加热元件,所述加热元件包括第一引线、第二引线,电连接到所述第一引线和所述第二引线的多个导电纤维,以及夹持在所述第一引线和所述第二引线之间延伸的所述导电纤维的至少一部分的第一衬垫和第二衬垫,其中所述第一引线和所述第二引线之间的所述导电纤维形成加热部分,所述加热部分具有比所述导电纤维的其他部分和所述第一引线和所述第二引线更高的电阻。
2.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,还包括所述外壳内的电源,所述电源与所述加热元件电连接。
3.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,还包括在所述外壳内的液体,以及其中所述第一衬垫和所述第二衬垫的至少一个接触所述液体并且将所述液体传导至所述导电纤维。
4.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,进一步包括在所述外壳内的液体供应装置,其中垫片的第一表面与所述液体供应装置接触以及所述垫片的第二表面与所述第一衬垫接触。
5.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,其中所述第一衬垫和所述第二衬垫包括玻璃纤维。
6.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,其中所述导电纤维包括碳纤维。
7.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,其中所述第一引线和所述第二引线和所述导电纤维包括相同的材料。
8.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,其中所述导电纤维被支撑在板上,通过所述板的孔与所述导电纤维至少部分对准。
9.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,所述导电纤维的形状为纤维衬垫,所述纤维衬垫具有第一部分、第二部分和位于所述第一部分和所述第二部分之间的第三部分,所述第一部分和所述第二部分的每一个具有比所述第三部分的面积大3至10倍的面积。
10.根据权利要求2所述的电子吸烟装置,其中所述加热元件具有1-5Ω的电阻值,以及所述电源具有3-5V的电压。
11.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,进一步包括通过所述外壳的中央通道,并且所述加热部分垂直于所述中央通道。
12.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,其中来自液体供应装置的液体经由毛细管作用通过所述第一衬垫和所述第二衬垫中的一个或两个流向所述导电纤维。
13.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,进一步包括:
电源,其被连接至所述加热元件以及控制器;
第一电路,其被连接于所述控制器以及所述电源,用于测量所述电源的输出电压;
第二电路,其被连接于所述控制器和所述加热元件,用于测量所述加热元件的电阻值;以及
所述控制器基于电源电压以及加热元件的电阻值调整自所述电源向所述加热元件提供的电能。
14.根据权利要求13所述的电子吸烟装置,所述第二电路包括参考电阻和一对开关用于将所述参考电阻切换进入具有所述加热元件的串联连接或将所述参考电阻切换出具有所述加热元件的串联连接。
15.根据权利要求1所述的电子吸烟装置,进一步包括:
电源,其被连接于所述加热元件以及动态输出电源管理***,所述动态输出电源管理***包括:
具有基本上恒定的电阻值的参考元件;
第二开关元件,其可操作地从第一状态变化至第二状态以将所述参考元件连接至加热电路,以及从所述第二状态变化至所述第一状态以将所述参考元件自所述加热电路断开;以及
电源管理单元,包括
至少一个电压检测设备以检测所述电源的输出电压,以及/或所述参考元件上的电压降,以及/或所述加热元件上的电压降;以及
控制器,其被配置为:
将所述第二开关元件自所述第一状态改变至所述第二状态;
自所述电压检测设备接收第一检测结果;
推导所述加热电路中的所述加热元件的电阻值;
将所述第二开关元件自所述第二状态改变至所述第一状态;
自所述电压检测设备接收第二检测结果;以及
根据所述加热元件的电阻值以及所述第二检测结果推导所述加热电路的开启时间,以至于所述加热元件在一段时间内转换的能量基本上等于同一时间段内预定的能量转换值。
16.一种电子吸烟装置,其包括外壳内的雾化器,所述雾化器包括电阻加热元件,所述加热元件包括第一引线、第二引线,电连接到所述第一引线和所述第二引线的多个导电纤维,以及夹持在所述第一引线和所述第二引线之间延伸的所述导电纤维的至少一部分的第一衬垫和第二衬垫,其中所述导电纤维包括分别靠近所述第一引线和所述第二引线的第一部分和第二部分,所述导电纤维的所述第一部分和所述第二部分包括减阻导电材料的涂层。
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