CN105307526B - 用于产生气雾的感应加热装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于产生气雾的感应加热装置，其包括装置壳体，装置壳体包括具有用于容纳包括气雾形成基质和感受器的气雾形成插入件的至少一部分的内表面的腔。装置壳体还包括具有磁场轴线的感应线圈，感应线圈布置成以便包围腔的至少一部分。该装置仍然还包括连接至感应线圈并且构造成向感应线圈提供高频电流的电源。在此，形成感应线圈的导线材料具有包括主要部分的截面，主要部分具有沿着磁场轴线的方向的纵向延伸部和垂直于磁场轴线的侧向延伸部，纵向延伸部比主要部分的侧向延伸部长。

Description

用于产生气雾的感应加热装置和系统

技术领域

本发明涉及可感应加热的吸烟装置，其中可以通过感应地加热气雾形成基质产生气雾。

背景技术

在可电气加热的装置中，存在的制约是由设置在装置中的电池提供的有限的能量。使这些装置的小型化趋势对这些电力供应提出了另外的限制。为了优化能量的利用，已提出感应加热。通过感应加热，可以实现向装置的待加热部分的更好的能量传递以及更好的能量转换成热。但是，小型化的电动吸烟装置仍然需要经常再充电，这对于吸烟者来说是不方便的。

因此，需要一种用于产生气雾的改进的感应加热装置。特别地，在能量效率方面需要这种装置。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种用于产生气雾的感应加热装置。该装置包括装置壳体，装置壳体包括具有用于容纳包括气雾形成基质和感受器的气雾形成插入件的至少一部分的内表面的腔。装置壳体还包括具有磁场轴线的感应线圈，其中，感应线圈布置成以便包围腔的至少一部分。该装置还包括连接至感应线圈并且构造成向感应线圈提供高频电流的电源。形成感应线圈的导线材料具有包括主要部分的截面。主要部分具有沿着磁场轴线的方向的纵向延伸部和垂直于磁场轴线的侧向延伸部。优选地，垂直于磁场轴线的侧向延伸部沿径向方向延伸。截面的主要部分的纵向延伸部比截面的主要部分的侧向延伸部长。简单地说，与由圆形截面导线形成的常规螺旋状感应线圈相比，导线材料的形式完全地或至少在主要部分上是展平的。因此，主要部分中的导线材料沿着线圈的磁场轴线延伸，并且沿径向方向延伸较小的程度。通过这种措施，可以减少感应线圈中的能量损失。特别地，可以减少电容损失。两个带电物体的电容与两个相邻的表面的表面面积成正比，两个相邻的表面在此指的是在感应线圈中彼此面对的相邻的绕组或线圈的侧面。因此，通过减小绕组沿垂直方向的延伸部来减小电容损失。

优选地，主要部分具有矩形形式。在一些优选的实施例中，主要部分形成导线材料的整个截面。在这些实施例中，感应线圈由具有矩形截面的导线材料螺旋地形成，由此形成螺旋状平线圈(相对于导线材料的形式是平的)。这种感应线圈易于制造。减小的能量损失之后是，其具有使感应线圈的外径最小化的另外的优点。这允许装置最小化。通过提供平线圈获得的空间也可以用于在不需要改变装置的尺寸或甚至另外使装置最小化的情况下提供磁屏蔽。

根据本发明的装置，感应线圈布置在装置壳体中，包围腔。由于感应线圈可以布置成以便不与腔或插入腔内的任何材料接触，因此上述情况是有利的。感应线圈可以完全嵌入在壳体中，例如模制在壳体材料内。感应线圈免受外界影响并且可以固定地安装在壳体中。另外，当没有插入件容纳在腔中时，腔可以是完全空的。这在不具有破坏装置的部分的风险的情况下既可以允许和便于腔的净化，而且允许和便于整个装置的净化。此外，腔中不存在在插入件插入腔内以及从腔内去除时可能被破坏或可能需要清洁的元件。

根据本发明的装置的另一方面，截面包括第二(secondary)部分。第二部分具有垂直于磁场轴线的方向的纵向延伸部和沿着磁场轴线的方向的侧向延伸部，纵向延伸部比第二部分的侧向延伸部长。第二部分的侧向延伸部始终小于主要部分的纵向延伸部，第二部分的纵向延伸部始终大于主要部分的侧向延伸部。由此，可以通过仍然减少感应线圈中的能量损失保持大的导线材料的截面。电容还与相邻表面的距离成反比。由此，可以通过增大相邻表面之间的距离使电容变得更小。优选地，由尺寸均匀的导线材料制造感应线圈，使得感应线圈的绕组基本相同。如果导线材料设置有具有沿径向方向的放大的延伸部的第二部分，单独绕组的这些第二部分彼此间隔开。不仅通过如常规感应线圈中的相邻绕组之间的距离而且通过主要部分的纵向延伸部的长度使第二部分彼此间隔开。

第二部分的设置还可以提供感应线圈与装置壳体的外壁之间或单独的绕组之间的另外的空间。在通过使线圈尺寸小型化得到的这一空间中，例如可以布置屏蔽材料。

优选地，具有主要部分和第二部分的导线材料的截面是L形的。

优选地，感应线圈靠近腔布置以便靠近插入腔内的待加热的感受器，感受器通过由感应线圈产生的电磁场加热。因此，如果感应线圈的导线材料的截面包括第二部分，其中第二部分的纵向延伸部超过截面的主要部分的侧向延伸部，则第二部分优选地朝向感应线圈的向外的径向方向延伸。由此，可以确保主要部分是截面的最靠近腔的部分。

导线材料的另一种形式的截面可以是T形。在此，T以倒转的方式布置，T的‘头部’形成主要部分并且布置成平行于腔的纵向轴线。

再一种形式的截面是三角形，其中，三角形的底部布置成平行于感应线圈的磁场轴线并且平行于腔的纵向轴线。根据本发明的形式的感应线圈通常可被限定为具有包括形成截面的一侧的最大纵向延伸部的截面。在此，导线材料布置成使得导线材料的截面的最大纵向延伸部平行于感应线圈的磁场轴线延伸。在此，导线材料还包围腔，使得导线材料的截面的最大纵向延伸部布置成最邻近腔。截面的任何另外的纵向延伸部例如在平线圈中等于最大纵向延伸部，或例如在三角形感应线圈中小于最大纵向延伸部。

根据本发明的装置的另一方面，感应线圈的导线材料由利茨导线制成或是利茨缆线。在利茨材料中，导线或缆线由例如以缠绕方式或编织方式捆扎的单独的隔离导线制成。利茨材料特别适用于承载交流电流。单独的导线被设计成在高频率下减小导体中的表面效应和近场效应损失，并且允许感应线圈的导线材料的内部有助于感应线圈的导电性。

由电源提供的流经感应线圈的高频电流可以具有在1MHz至30MHz之间的范围内，优选地在1MHz至10MHz之间的范围内，更优选地在5MHz至7MHz之间的范围内的频率。术语‘在…之间的范围内’在此理解为还明确地公开了相应的边界值。

根据本发明的装置的进一步的方面，感应线圈包括三个至五个绕组。在这些实施例中，优选地导线材料或其主要部分的截面分别形成平的矩形。由此，足够长度的感应线圈可以以非常有效的方式制造。如果感应线圈是平线圈以及利茨缆线被用于形成感应线圈，则制造变得特别有效。

用于主要部分或用于平线圈的这些尺寸已经证明处于用于制造用在根据本发明的装置中的感应线圈的优化范围内。特别地，这些尺寸被优化用于在感应地加热的吸烟装置中使用的感应线圈。

根据本发明的装置的又一个方面，该装置还包括设置在装置壳体的外壁与感应线圈之间的磁屏蔽件。设置在感应线圈的外部的磁屏蔽件可以使达到装置的外部的电磁场最小化。优选地，磁屏蔽件包围感应线圈。这种屏蔽件可以通过选择装置壳体自身的材料来实现。磁屏蔽件例如还可以设置成装置壳体的外壁的薄片材料或内涂层的形式。屏蔽件还可以例如是双层或多层屏蔽材料，例如高导磁合金，以改进屏蔽效应。优选地，屏蔽件的材料具有高磁导率并且可以是铁磁材料。磁屏蔽材料还可以布置在感应线圈的单独的绕组之间。优选地，屏蔽材料(如果存在)则设置在导线材料的截面的第二部分之间。由此，第二部分之间的空间可被用于磁屏蔽。优选地，设置在绕组之间的屏蔽材料具有微粒特性。

磁屏蔽件还可以具有磁集中器的功能，因此吸引并且引导磁场。这种磁场集中器可以与如上所述的磁屏蔽组合、在磁屏蔽之外或与磁屏蔽分离地提供。

根据本发明的装置的一方面，腔的内表面的环形部分和感应线圈具有圆筒形形状。在这种布置中，磁场分布在腔的内部是基本均匀的。因此，根据感受器的布置，可以获得容纳在腔中的气雾形成插入件的规则或对称加热。另外，由于不存在或仅存在污物或剩余物可能卡在其中的极少的边缘，因此便于圆筒形腔的清洁。

优选地，气雾形成插入件紧贴地装配在装置壳体的腔内，使得气雾形成插入件可以通过腔的内表面保持。腔或装置壳体的内表面也可以形成为对于所插入的插入件提供更好的保持。根据本发明的装置的另一方面，装置壳体包括用于在气雾形成插入件容纳在腔中时将气雾形成插入件保持在腔中的保持构件。这种保持构件可以例如是在腔的内表面处延伸到腔内的突出部。优选地，突出部布置在腔的远端区域中，接近或位于插口处，气雾形成插入件在插口处插入装置壳体的腔内。例如，突出部可以具有周向地延伸的凸缘或局部凸缘的形式。突出部也可以用作对准构件，用于支持插入件向腔内的引入。优选地，对准构件具有沿着腔的内表面的环形部分纵向地延伸的纵向凸缘的形式。突出部也可以布置在例如沿径向方向延伸的销处。优选地，保持构件提供插入件的一定的夹持，使得即使当装置保持颠倒时插入件仍不会脱离腔。但是，当依据插入件施加一定的释放力时，再次优选地在不破坏插入件的情况下，使保持构件释放插入件。

根据本发明的另一方面，还提供一种感应加热和气雾形成系统。该系统包括具有如在本申请中所述的感应线圈的装置以及包括具有气雾形成基质和感受器的气雾形成插入件。气雾形成基质容纳在装置的腔中并且布置其中，使得气雾形成插入件的感受器能够通过由感应线圈产生的电磁场感应地加热。

装置的各方面和优点如上所述，并将不再重复。

气雾形成基质优选地是能够释放可以形成气雾的挥发性化合物的基质。通过加热气雾基质释放挥发性化合物。气雾形成基质可以是固体或液体或者包括固体和液体成分二者。

气雾形成基质可以包括烟碱。包含烟碱的气雾形成基质可以是烟碱盐基质。气雾形成基质可以包括植物基材料。气雾形成基质可以包括烟草，并且优选地包含烟草的材料包含挥发性烟草香味化合物，挥发性烟草香味化合物通过加热从气雾形成基质中释放。气雾形成基质可以包括均质烟草材料。

均质烟草材料可以通过聚结微粒烟草形成。在存在的情况下，均质烟草材料可以具有等于或大于5％的按干重计的气雾形成剂含量，并且优选地具有在大于5重量％和30重量％之间的按干重计的气雾形成剂含量。

气雾形成基质可以可替代地包括不包含烟草的材料。气雾形成基质可以包括均质植物基材料。

气雾形成基质可以包括至少一种气雾形成剂。气雾形成剂可以是任何适当的已知化合物或化合物的混合物，化合物或化合物的混合物在使用中便于形成密集和稳定的气雾并且在气雾形成装置的工作温度下基本抵抗热降解。适当的气雾形成剂在本领域是众所周知的并且包括但不限于：多元醇，比如三甘醇、1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯类，比如甘油单乙酸酯、甘油双乙酸酯或甘油三乙酸酯；以及单羧酸、二羧酸或多羧酸的脂族酯，比如十二烷二羧酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。特别地，优选的气雾形成剂是多元醇或其混合物，比如三甘醇、1,3-丁二醇以及最优选的甘油。

气雾形成基质可以包括其他添加剂和成分，比如调味剂。

感受器是能够被感应地加热的导体。感受器能够吸收电磁能并且将其转化成热。在根据本发明的系统中，由一个或数个感应线圈产生的变化的电磁场加热感受器，感受器然后主要通过热传导将热传递至气雾形成插入件的气雾形成基质。为此，感受器热邻近气雾形成基质的材料。一个或数个感受器的形式、种类、分布和布置可以根据使用者的需要进行选择。

在一些优选的实施例中，气雾形成插入件是包括感受器并且包含液体的药筒，液体优选地包括烟碱。在一些其他的优选实施例中，气雾形成插入件是包括感受器的烟草材料包含单元。烟草材料包含单元可以是包括感受器和由均质烟草材料制成的烟草成型件的单元。烟草材料包含单元还可以包括布置在烟草材料包含单元的嘴端部处的过滤嘴。

由于根据本发明的装置的装置壳体中的腔可以具有简单的开口形式，例如管状杯体的形式，还可以有助于插入腔内的插入件的制造。这种插入件可以例如为管状。

附图说明

参照通过以下附图示出的实施例进一步说明本发明，其中

图1是感应加热装置的示意图，感应加热装置包括具有插入装置的腔内的气雾形成基质的平的感应线圈。

图2示出例如如图1所示的具有由平的感应线圈和磁屏蔽包围的腔的感应加热装置的一部分的横截面部分；

图3示出具有正方形内径的平的感应线圈的实施例；

图4示出具有由L形感应线圈包围的腔的感应加热装置的一部分的横截面部分；

图5示出由倒T形感应线圈包围的腔的一部分；

图6示出由三角形感应线圈包围的腔的一部分。

具体实施方式

图1示意性地示出形成感应加热系统的处于气雾形成插入件2的安装状态中的感应加热装置1和气雾形成插入件2。感应加热装置1包括装置壳体10，装置壳体10的远端部具有触点101，例如对接端口和销，用于将内部电源11连接至例如为充电装置的外部电源(未示出)。例如为可再充电电池11的内部电源11在壳体10的远端区域中设置在装置壳体的内部。

装置壳体的近端部具有用于将气雾形成插入件2插入腔13内的插口102。腔13在装置壳体的近端区域中形成在装置壳体的内部。腔13构造成在腔13的内部可移除地容纳气雾形成插入件2。螺旋状感应线圈15在装置壳体10的外壁103与腔侧壁131之间布置在装置的内部。感应线圈15的磁场轴线对应于腔13的纵向轴线400，感应线圈15的磁场轴线在本实施例中再次对应于装置1的纵向轴线。在以下的图2至图6中将进一步更加详细地描述装置壳体的腔、感应线圈和近端区域的实施例。

装置1还包括电子设备12，例如具有电路的印刷电路板。电子设备12以及感应线圈15接收来自内部电源11的电力。因此元件相互连接。通向或来自感应线圈15的电连接150在壳体内部但在腔13的外部被引导。感应线圈15不接触腔13或不接触可以布置或存在于腔的内部的任何元件。因此，任何电子部件可以与腔13中的元件或处理保持分离。这可以是气雾形成单元2本身，但也特别地是由单元或其部分的加热而出现的残余物以及由气雾产生过程而出现的残余物。优选地，腔13与装置1的具有电子设备12和电源11的远端区域的间隔是流体密封的。但是，用于使得气流进入装置1的近端方向的通风开口可以设置在腔壁130、131和装置壳体中或两者中。

腔13具有由腔壁130、131形成的内表面。腔13的一个开口端形成插口102。通过插口，可以将气雾形成单元2，例如烟草成型件或包含气雾的药筒，插入腔13内。这样的气雾形成单元能够布置在腔中，使得单元的感受器22在单元容纳在腔13中时通过在感应线圈15中产生的电磁场和在感受器中感应的电流感应地加热。腔13的底壁131可以在引入单元2时形成机械止动器。

气雾形成插入件可以例如包括气雾形成基质，例如烟草材料和含气雾形成剂的成型件20。插入件2包括用于感应地加热气雾形成基质的感受器22并且可以包括卷烟过滤嘴21。由感应线圈产生的电磁场感应地加热气雾形成基质20中的感受器。感受器的热传导至气雾形成插入件，由此使可以形成用于由使用者吸入的气雾的组分蒸发。

图2示出感应加热装置的腔13的放大的截面，例如图1的感应加热装置。腔由腔侧壁131和底壁130形成并且具有插口102。在装置壳体10的腔侧壁131与外壁103之间布置有平的感应线圈15。平的感应线圈15是螺旋线圈并且沿着腔的长度或腔的长度的一部分延伸。优选地，外壁103、装置壳体10、平的感应线圈15和腔13为管状并且同轴地布置。平的感应线圈可以嵌入在装置壳体中。优选地，平的感应线圈由扁平导线或利茨缆线制成。优选地，感应线圈的材料是铜。

腔13可以设置有用于在腔中保持气雾形成单元的保持件。环状布置的突出部132的形式的保持件延伸到腔内。腔壁131和装置壳体10可以由相同的材料制成，并且优选地由塑料材料制成。优选地，腔壁130、131例如通过注模形成为整体。

感应线圈的绕组150沿纵向方向的大延伸部151使得能够在线圈内部产生沿着线圈的磁场轴线400的相当同源的电磁场。但是，感应线圈的绕组的沿径向方向的窄延伸部152限制了电容损失。还允许扩大腔13的直径或限制装置1的直径。

一片屏蔽材料17同心地布置在感应线圈15与壳体壁103之间。该片材料用作磁屏蔽件。优选地，屏蔽材料具有高磁导率，使得感应磁场可以进入屏蔽材料并且可以在薄片材料内部导向。优选地，高导磁合金用作薄片材料。

减小屏蔽材料17的外部的磁场的因素取决于制成屏蔽件的磁性材料的导磁率、提供导磁路径的该材料的厚度以及磁场波动的频率。因此，薄片材料及其布置可适于特定用途和应用。薄片材料也可以以阻碍磁场的形式工作，例如通过利用在屏蔽材料中形成涡流。这种屏蔽方式特别适用于更高频率。对于这种屏蔽件，采用导电材料。

除片状屏蔽材料17之外，还可以在屏蔽材料17与壳体壁103之间设置有粒状材料18的形式的另外的屏蔽材料。优选地，粒状材料18是磁场集中器材料并且布置在感应线圈15的绕组150之间。

图3示出由利茨缆线制成的平的螺旋状感应线圈15。感应线圈15具有三个绕组150并且具有大约22毫米的长度。感应线圈15自身具有正方形形式。

图4示出例如图1中描述的感应加热装置的腔13的放大的截面。如图2中的相同参考数字用于相同或相似的元件。

在腔侧壁131与装置壳体10或外壁103之间布置有L形感应线圈25。感应线圈25是螺旋线圈，其中，制成L形感应线圈25的绕组材料具有L形截面。

L形感应线圈25沿着腔13的长度或长度的一部分延伸。优选地，装置壳体10，至少在腔的区域中，L形感应线圈25和腔13为管状并且同心地布置。L形感应线圈布置在装置壳体10的内部并且可以嵌入其中。

‘L’的‘脚’251(或截面的主要部分)可以具有如例如关于图2和图3描述的平的感应线圈的长度的尺寸。优选地，‘L’的‘腿’252(或截面的第二部分)沿径向方向具有与沿纵向方向的‘脚’相同的延伸部255或具有比沿纵向方向的‘脚’更小的延伸部255。

再次，单独的绕组250之间的电容损失小于用于共同感应线圈的可比较圆形导线。绕组150的腿252之间的距离253(或沿径向方向具有大延伸部的第二部分)比相邻绕组150之间的距离254大得多。彼此直接相邻并且彼此面对的绕组150之间的表面由L形绕组的相当平的‘脚’(或截面的主要部分)占据。

在由L形感应线圈25的L形成并且位于单独的绕组之间的空间中布置有集中器材料18。

在图5和图6中示出感应线圈截面的两个另外的实施例。在图5中，截面具有倒T形状。‘头部’351是感应线圈的最邻近腔13的部分。T的‘头部’平行于腔13的侧壁131或平行于腔的纵向中心轴线400布置。

T的‘腿’352沿径向方向相对于腔13的中心轴线400延伸。再次，T的腿之间的距离253更大，并且优选地是感应线圈35的单独的绕组351之间的距离254的大约两倍至三倍。集中器材料18设置在感应线圈35的绕组351之间。可以通过感应线圈35的T形截面的材料的‘腿’将集中器材料18保持就位。

如图6所示，感应线圈45的截面可以具有三角形形状。三角形的底部451平行于腔13的侧壁131布置。底部451是三角形的沿腔13的纵向方向的最大延伸部，并且最邻近腔13布置。三角形的尖端452是三角形的沿纵向方向的最小延伸部，并且最远离腔布置。尖端452远离腔导向。再次，尖端452至尖端452的距离253大于相邻的绕组45之间的距离254。

三角形的径向延伸部255可以小于或大于三角形的纵向延伸部(底部451)，但优选地小于，以便使感应线圈45的直径保持较小。

仅通过举例方式示出感应线圈布置以及感应加热装置。可以根据使用者的需要或根据待加热以及与装置一起使用的气雾形成单元应用感应线圈的例如为长度、绕组数、位置或厚度的变化。

Claims (15)

1.用于产生气雾的感应加热装置，所述装置包括：

装置壳体，所述装置壳体包括具有用于容纳气雾形成插入件的至少一部分的内表面的腔，所述气雾形成插入件包括气雾形成基质和感受器，所述装置壳体还包括具有磁场轴线的感应线圈，所述感应线圈布置成包围所述腔的至少一部分；

电源，所述电源连接至所述感应线圈并且构造成向所述感应线圈提供高频电流，

其中，形成所述感应线圈的导线材料具有包括主要部分的截面，所述主要部分具有沿着所述磁场轴线的方向的纵向延伸部和垂直于所述磁场轴线的侧向延伸部，所述纵向延伸部比所述主要部分的所述侧向延伸部长。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主要部分具有矩形形式。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述主要部分形成所述导线材料的整个截面。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述导线材料的截面还包括第二部分，所述第二部分具有沿着垂直于所述磁场轴线的方向的纵向延伸部和沿着所述磁场轴线的方向的侧向延伸部，所述第二部分的纵向延伸部比所述第二部分的所述侧向延伸部长。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述导线材料的所述截面是L形的。

6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述感应线圈的所述导线材料由利茨导线制成或是利茨缆线。

7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述感应线圈包括三个至五个绕组。

8.根据权利要求1或2所述的装置，还包括设置在所述装置壳体的外壁与所述感应线圈之间的磁屏蔽件。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述磁屏蔽件以薄片材料或所述装置壳体的外壁的内涂层的形式包围所述感应线圈。

10.根据权利要求8的装置，其中，所述磁屏蔽件布置在所述感应线圈的单独的绕组之间。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述腔的内表面的环形部分和所述感应线圈具有圆筒形形状。

12.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述装置壳体包括用于在所述气雾形成插入件容纳在所述腔中时将所述气雾形成插入件保持在所述腔中的保持构件。

13.感应加热和气雾生成系统，所述系统包括根据前述权利要求中的任一项所述的装置和气雾形成插入件，所述气雾形成插入件包括气雾形成基质和感受器，其中，所述气雾形成基质容纳在所述装置的腔中并且布置在其中，使得所述气雾形成插入件的所述感受器能够通过由所述感应线圈产生的电磁场感应地加热。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述气雾形成插入件是包括感受器并且包含液体的药筒，或者是包括感受器的烟草材料包含单元。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述气雾形成插入件是包括感受器并且包含液体、并包括烟碱的药筒。