CN109892700B - 基于电磁加热的低温烟具模组及低温烟具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁加热的低温烟具模组及低温烟具，包括控制单元、线圈、线圈支架以及发热体，控制单元与线圈电连接，还包括与控制单元电连接的温控传感器，控制单元中设有为所述线圈供电的谐振LC电路，线圈支架具有两个独立的空间，且线圈分布在线圈支架的两个独立的空间中的磁通量相同，发热体与温控传感器分别设置在线圈支架上的两个独立的空间中，本发明中温控传感器与发热体互不相连且温度同步变化，控制单元根据温控传感器的反馈实现对发热体的温度镜像式控制,最终实现对发热体内的烟草实现特定范围内的低温烘焙，加热烟草的发热体与用于测温的温控传感器不产生任何接触，清洁或更换发热体更为方便。

Description

基于电磁加热的低温烟具模组及低温烟具

技术领域

本发明涉及吸烟用品技术领域，尤其涉及一种基于电磁加热的低温烟具模组及低温烟具。

背景技术

减少传统烟草对人体健康的伤害，实现替代方案，目前主要集中在电子烟和低温烘焙两个领域，应用电磁加热的低温烘焙模组较电阻加热，可实现发热部分与烟具主体的分离，清洁、更换发热体更为方便，但温控若采用类似电阻式温控元件直接接触发热体，将导致发热体与烟具主体难以分离，使得更换、清洗发热体极为不便。而且，会使烟具本身的结构变得复杂，导致生产组装过程非常麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种温控传感器与发热体无任何接触实现温度镜像式控制的基于电磁加热的低温烟具模组及低温烟具。

为解决上述技术问题，本发明的基于电磁加热的低温烟具模组，包括控制单元、线圈、线圈支架以及发热体，所述的控制单元与所述的线圈电连接，另外，其还包括与所述控制单元电连接的温控传感器，所述的控制单元中设有为所述线圈供电的谐振LC电路，所述的线圈支架具有两个独立的空间，且所述线圈分布在所述线圈支架的两个独立的空间中的磁通量相同，所述的发热体与所述的温控传感器分别设置在所述线圈支架上的两个独立的空间中，所述的控制单元接收所述的温控传感器的温度反馈信号镜像控制发热体的温度。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为针对线圈的一种可选方案，所述的线圈为螺旋线圈，所述螺旋线圈同轴绕制在线圈支架的外围，所述线圈支架的内腔分隔为两个独立的空间，形成发烟材料安装室和传感器安装室，所述发热体和温控传感器分别设置在所述发烟材料安装室和传感器安装室内。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，在所述的线圈支架的发烟材料安装室中设有外套管，所述的发热体设置在外套管内，并通过分别位于所述外套管两端的上固定套和下固定套固定；所述的外套管与所述的发热体之间设有隔热层，所述的温控传感器与所述的线圈支架之间设有温控传感器隔热层。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，所述的外套管的一端外露于所述的发烟材料安装室。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，所述发烟材料安装室的内壁上设有贯通所述发烟材料安装室的气流槽，所述外套管底端设有连通所述气流槽的进气槽，所述的下固定套上设有中心孔，当发烟材料装入发烟材料安装室中加热时，外部气流从气流槽经进气槽、中心孔进入到发烟材料中。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，还包括隔离保护壳，所述的螺旋线圈与所述的线圈支架均设置在所述的隔离保护壳中；所述发热体、温控传感器及线圈支架的轴线重合。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为针对线圈的另一种可选方案，所述线圈为平面线圈，所述线圈支架的内腔分隔为两个独立的空间，形成发烟材料安装室和传感器安装室，所述的平面线圈设置在所述线圈支架的两个独立的空间的交界处，所述发热体和温控传感器分别设置在所述发烟材料安装室和传感器安装室内。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，在所述的传感器安装室内设有线圈架，所述的线圈架将所述的平面的线圈固定在所述的传感器安装室内靠近所述的发烟材料安装室的一端。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，所述温控传感器包括温控传感器主体和与所述温控传感器主体接触的测温元件，所述测温元件与所述控制单元电连接，所述发热体和温控传感器主体的材质、形状均相同。

进一步的，所述发热体底端距离所述平面线圈上端面的距离与所述温控传感器主体距离所述平面线圈下端面的距离相等。

优选的，所述发热体和温控传感器主体的材质、形状及截面面积均相同。

对于本发明中的基于电磁加热的低温烟具模组，作为进一步的设置，所述的温控传感器与所述的发热体在所述线圈产生的感应磁场中的升温速率相同或呈线性相关。

本发明还提供一种低温烟具，包括壳体，在所述的壳体中设有可充电电池、开关和连接导线，在所述的壳体中设有上述的基于电磁加热的低温烟具模组。

本发明中，为了便于生产组装，可以从模组的角度对基于电磁加热的低温烟具模组进行模块化划分，其包括谐振模组和插装在所述谐振模组上的加热模组，所述加热模组包括发热体，所述谐振模组包括线圈、温控传感器、谐振LC电路及控制单元，所述谐振LC电路与所述线圈电连接以提供高频振荡电流，所述发热体和温控传感器竖直相对设置在所述线圈产生的交变磁场中并可感应发热，所述温控传感器包括温控传感器主体和测温元件。

所述发热体和温控传感器主体的材质、形状及横截面面积均相同，所述测温元件与所述控制单元电连接，且测温元件的感温头与所述温控传感器主体的侧壁接触，所述控制单元根据测温元件的反馈控制谐振LC电路的输出功率实现对发热体温度的镜像控制。

上述技术方案的低温烟具模组，在烟具正常使用过程中，通电后，发热体与温控传感器主体的温度同步变化，通过测温元件检测温控传感器主体的温度变化并反馈给控制单元，控制单元根据测温元件回路中电流的大小计算得出温控传感器主体的温度，再由温控传感器主体的温度计算得出发热体的温度(发热体和温控传感器温度是同步变化的)，然后将发热体的温度与工作温度上限和工作温度下限进行比较，最后根据比较结果以控制谐振LC电路的输出功率，实现发热体温度的镜像控制。

当所述线圈为螺旋线圈时，所述加热模组还包括外套管，所述发热体为发热管，所述发热管同轴插装在所述外套管内并通过外套管内的上固定套和下固定套夹紧定位，所述上固定套和下固定套与所述外套管过盈配合连接，所述外套管设有发热管的一端匹配插装在所述发烟材料安装室内。

进一步的，所述平面线圈形状为跑道形、圆形或圆角方形。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明利用电磁感应加热原理对烟支进行加热，通过在电磁感应线圈所产生的磁场中设置两个可以发热的元件，即发热体与温控传感器，使其可以同步发热，并且通过控制发热体与温控传感器的体积、形状，使其升温速率相同(或呈线性相关)，如此以来，即可通过温控传感器的温度变化获取发热体的温度变化数据，进而对发热体进行相应的升温、降温等系列控制，实现对发热体的温度镜像式控制,最终实现对发热体内的烟草实现特定范围内的低温烘焙；加热烟草的发热体与用于测温的温控传感器不产生任何接触，清洁或更换发热体更为方便，进而延长了整个产品的使用寿命。

附图说明

图1为实施例1低温烟具模组结构示意图；

图2为实施例1低温烟具模组的主视图；

图3为实施例1低温烟具模组爆炸图；

图4为实施例1低温烟具模组中线圈支架结构示意图；

图5为实施例1低温烟具模组中烟雾流动示意图；

图6为实施例1低温烟具模组中温控传感器的结构示意图；

图7为实施例2低温烟具模组结构示意图；

图8为实施例2低温烟具模组爆炸图；

图9为本发明发热体与温控传感器温度变化曲线图一；

图10为本发明发热体与温控传感器温度变化曲线图二。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

参见图1，一种基于电磁加热的低温烟具模组，包括谐振模组1和插装在谐振模组1上的加热模组2。

参见图2，加热模组2包括发热体3，发热体3的材质包括但不限于铁、硅钢、SUS430不锈钢等材质。

参见图2和图3，谐振模组1包括线圈、温控传感器4、谐振LC电路5及控制单元，谐振LC电路5与线圈电连接以提供高频振荡电流，发热体3和温控传感器4竖直相对设置在线圈产生的交变磁场中并可感应发热，温控传感器包括温控传感器主体41和测温元件42。

本实施例中，线圈为螺旋线圈6，螺旋线圈6同轴绕制在线圈支架7的外围，线圈支架7的内腔通过隔板8分隔为上下两个相互独立且磁通量相同的空间，其中位于上部的独立空间成为发烟材料安装室和位于下部的独立空间成为传感器安装室(线圈支架7也可以直接冲压加工成一体状)，其中，隔板8和线圈支架7均采用绝缘耐高温材质制作。发热体3和温控传感器4分别同轴设置在发烟材料安装室和传感器安装室内且被螺旋线圈6所覆盖，其中，发热体3和温控传感器4的材质、形状及横截面面积均相同。

测温元件42与控制单元电连接，且测温元件42的感温头与温控传感器4的侧壁接触，控制单元根据测温元件42的反馈电流的大小计算得出温控传感器4的温度，再由温控传感器4的温度计算得出发热体3的温度，然后将发热体3的温度与工作温度上限和工作温度下限进行比较，最后根据比较结果以控制谐振LC电路5的输出功率。

参见图6，本实施例中，测温元件42由两根导线组成，两根导向一端分别与温控传感器主体41连接且连接点位于温控传感器主体41同一横截面上，另一端与控制单元电连接形成回路，即两者所在位置为磁力线切割同样温度的区域，两根导线可以分别处于温控传感器主体41对称的两侧，亦可以两条导线端点重叠在温控传感器主体41外壁一点上，但无论采用哪一种方法，都要确保两条导线其他部分处于绝缘。根据赛贝克效应，两条导线产生的回路将产生电势，使热能转变为电能，反馈给控制单元，从而实现对加热传感器主体41的温度控制。

优选的，本实施例中隔板8设置在螺旋线圈6的横向中心面上，发热体3和温控传感器4到隔板8的距离相等。

具体的，加热模组还包括外套管9，发热体3为发热管，发热管同轴插装在外套管9内并通过外套管9内的上固定套10和下固定套11夹紧定位，上固定套10和下固定套11与外套管9过盈配合连接，外套管9设有发热管的一端匹配插装在发烟材料安装室内且底端与隔板8抵接定位，上固定套10、下固定套11及外套管9均可以采用绝缘耐高温材质制作。

参见图4和图5，优选的，发烟材料安装室的内壁上设有贯通发烟材料安装室顶端面的气流槽71，气流槽71的截面形状可以为弧形或方形等形状，气流槽71的底端延伸至隔板8处，外套管9底端设有连通气流槽71的进气槽(图中未标示，下同)。烟具模组工作时使用者吸气，空气从线圈支架7端面经气流槽71到达隔板8处，依次经外套管9底端的进气槽、下固定套11的中心孔穿过发烟材料15，将烟雾带出。本实施例中的发烟材料可以为加热不燃烧型卷烟或固体烟弹。在不工作的时候，使用者可将发热管放在水里或采用毛刷清洗，清除吸烟过程中产生的焦油，以及更换加热模组。当然，气流通道的具体布设位置及形式也可以采用现有技术中的其他任一形式，只要能够满足抽吸要求即可。

本实施例中，为防止热量沿线圈支架7方向传递，在温控传感器4与传感器安装室之间设有温控传感器隔热层12，为防止热量沿外套管9方向传递，在外套管9与发热管之间设有隔热层13，在螺旋线圈6外套设有隔离保护壳14。本发明中的外套管9，其整体上为两段式结构，其中一段的外径与线圈支架7的内径匹配，可以插入到线圈支架7中，另一段的外径略大于线圈支架7的内径，使得外套管9在插入线圈支架7中后，其外径大于线圈支架7内径的部分与线圈支架7形成过盈配合，如图2、图3中所示，便于插装外套管9，也方便将其从线圈支架7中取出，清理其中的发热体。

下面将对本实施例的控制原理进行说明：

当谐振LC电路5工作，线圈产生涡流磁场，磁力线对发热体3与温控传感器主体41切割情况下，因线圈磁力线对发热体3和温控传感器主体41进行磁力切割而产生热量，通过对温控传感器温度反馈进而镜像控制发热体的温度，关键在于发热体3与温控传感器主体41在加热时两者的同步温度关系，要实现同步温度，发热体3与温控传感器4接受磁力线切割的主体部分的物理形状体积存在以下三种对应关系：

当发热体3与温控传感器主体41的形状、截面积、高度、材质完全一样时，发热体3与温控传感器主体41在线圈匝数形成的长度距离覆盖范围内，且未有任何物理接触，两者在受热过程中,因磁力线切割面积相同，因此在加热时间t内，形成温度T，时间与温度形成的曲线斜率是完全重合的，也就是说，在任意时间点t，发热体3的温度T2＝加热温控传感器主体41的温度T1，如图9所示。

当发热体3与温控传感器主体41的形状、截面积、材质相同，发热体3高度大于温控传感器主体41高度时，发热体3与温控传感器主体41在线圈匝数形成的长度距离覆盖范围内，未有任何物理接触，两者在受热过程中,因磁力线切割面积不同，因此在加热时间t内,形成温度T，两者各自的时间与温度形成的曲线斜率是不同的，也就是说，在任意时间点t，发热体3的温度T2不等于温控传感器主体41的温度T1,在整个加热周期t内，发热体3与温控传感器主体41的温度都处于上升趋中，整个加热周期t经历启动期t 1、升温期t2、恒温期t3,在启动期，因温控传感器主体41高度小于发热体3高度，因而受热面积小，所以温控传感器主体41温度大于发热体3温度；升温期阶段，是温度上升趋向目标温度值的过渡阶段，为防止瞬间功率过大导致升温过快,如果谐振LC电路以较小电流和功率使温度缓慢波动上升阶段。在这一阶段，因温控传感器主体41较发热体3表面积较小，在电流反复开合的过程中，瞬间升温较小，而发热体3因表面积较大，吸热多，在电流反复开合或变频谐振过程中，瞬间升温较大，因此在升温阶段，发热体3的升温速度大于温控传感器主体41，两者上升的曲率线，在启动阶段与升温阶段的过渡处形成交点，以此交点为顶点，形成夹角；在上升期，随着时间的推移，因发热体3感受磁力切割面积更大，温升将更大，随着时间值变大，处于夹角上的发热体3温度与温控传感器主体41之间的差距将越大；但随着加热功率的减小，差距值将渐渐趋向固定常量，当常量产生，即到达需要控制的目标温度，即进入恒温期。在具体产品设计中，通过两者恒温期间的温差常量值即可控制温控传感器镜像控制发热体，如图10所示。

隔板8可以与线圈支架7做成一体的，加工时将实心棒的两端冲压成桶状，通过控制实心棒的长度与冲压的深度，使得实心棒的两端形成单方向开口的桶状结构，即制成本发明中的线圈支架7。

当温控传感器主体41与发热体3的形状、截面积、材质相同，但温控传感器主体41高度大于发热体3高度时，在启动期，发热体3温度将高于温控传感器主体41，在上升期，温控传感器主体41的温升速度超过发热体3温度。在恒温期发热体3温度与温控传感器主体41温度都趋于同一曲率水平，两者的温差形成一个常量,即发热体温度T2加上常量等于温控传感器温度T1,即与图10相反。实际产品设计中，我们通常更追求发热体3的升温速度和热效率，因此基本不会采用此方式，故不详述。

实施例2

参见图7和图8，一种基于电磁加热的低温烟具模组，包括谐振模组1和插装在谐振模组1上的加热模组。加热模组包括发热体3，发热体3的材质包括且不限于铁、硅钢、SUS430不锈钢等材质。谐振模组1包括线圈、温控传感器4、谐振LC电路5及控制单元，谐振LC电路5与线圈电连接以提供高频振荡电流，发热体3和温控传感器4竖直相对设置在线圈产生的交变磁场中并可感应发热，温控传感器包括温控传感器主体41和测温元件42。

本实施例中，线圈采用平面线圈16，线圈形状可以为跑道形、圆形或圆角方形，线圈支架7的内腔分隔为上下两个相互独立且磁通量相同的空间，其中位于上部的独立空间成为发烟材料安装室和位于下部的独立空间成为传感器安装室，平面线圈16横置于线圈支架7的两个独立空间的交汇处，发烟材料安装室和传感器安装室均为一端开口的半封闭结构，发热体3和温控传感器4分别同轴设置在发烟材料安装室和传感器安装室内，发热体3底端距离平面线圈16上端面的距离与温控传感器主体41距离平面线圈16下端面的距离相等。

测温元件42与控制单元电连接，且测温元件42的感温头与温控传感器4的侧壁接触，控制单元根据测温元件42的反馈电流的大小计算得出温控传感器4的温度，再由温控传感器4的温度计算得出发热体3的温度，然后将发热体3的温度与工作温度上限和工作温度下限进行比较，最后根据比较结果以控制谐振LC电路5的输出功率。

具体的，本实施例中，发热体3为用于盛放发烟材料15且顶端为开口端的金属容器，金属容器和温控传感器分别匹配插装在发烟材料安装室内和传感器安装室内。

在传感器安装室内设有线圈架17，线圈架17将平面线圈固定在传感器安装室内靠近发烟材料安装室的一端，在线圈架17上设有穿孔，线圈导线穿过穿孔后与谐振LC电路5连接，设置线圈架17还可防止发热体3及温控传感器4与平面线圈16接触而导致短路。

本实施例中，当发热体3和温控传感器主体41高度相等时，两者接受同样的磁力切割，温度变化一致，两者温度曲线趋势同实施例1的图9；当发热体高度大于温控传感器主体41高度时，两者温度曲线趋势同实施例1的图10；总之，本实施例原理同实施例1，故不再详述。

一种低温烟具，包括壳体，在壳体中设有可充电电池、开关和连接导线，在壳体中设有上述实施例1或实施例2的基于电磁加热的低温烟具模组。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种基于电磁加热的低温烟具模组，包括控制单元、线圈、线圈支架以及发热体，所述的控制单元与所述的线圈电连接，其特征在于：还包括与所述的控制单元电连接的温控传感器，所述的控制单元中设有为所述的线圈供电的谐振LC电路，所述的线圈支架具有两个独立的空间，且所述线圈分布在所述线圈支架的两个独立的空间中的磁通量相同，所述的发热体与所述的温控传感器分别设置在所述线圈支架上的两个独立的空间中，所述的控制单元接收所述的温控传感器的温度反馈信号镜像控制所述发热体的温度；所述温控传感器包括温控传感器主体和与所述温控传感器主体接触的测温元件，所述测温元件与所述控制单元电连接，所述发热体和温控传感器主体的材质、形状及截面面积均相同，测温元件的感温头与所述温控传感器主体的侧壁接触。

2.根据权利要求1所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：所述的线圈为螺旋线圈，所述螺旋线圈同轴绕制在所述线圈支架的外围，所述线圈支架的内腔分隔为两个独立的空间，形成发烟材料安装室和传感器安装室，所述发热体和温控传感器分别设置在所述发烟材料安装室和传感器安装室内。

3.根据权利要求2所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：所述发烟材料安装室中设有外套管，所述的发热体设置在所述外套管内，并通过分别位于所述外套管两端的上固定套和下固定套固定；所述的外套管与所述的发热体之间设有隔热层，所述的温控传感器与所述的线圈支架之间设有温控传感器隔热层。

4.根据权利要求3所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：所述的外套管的一端外露于所述的发烟材料安装室。

5.根据权利要求3所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：所述发烟材料安装室的内壁上设有贯通所述发烟材料安装室的气流槽，所述外套管底端设有连通所述气流槽的进气槽，所述的下固定套上设有中心孔，当发烟材料装入发烟材料安装室中加热时，外部气流从气流槽经进气槽、中心孔进入到发烟材料中。

6.根据权利要求5所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：还包括隔离保护壳，所述的螺旋线圈与所述的线圈支架均设置在所述的隔离保护壳中；所述发热体、温控传感器及线圈支架的轴线重合。

7.根据权利要求1所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：所述线圈为平面线圈，所述线圈支架的内腔分隔为两个独立的空间，形成发烟材料安装室和传感器安装室，所述的平面线圈设置在所述线圈支架的两个独立的空间的交界处，所述发热体和温控传感器分别设置在所述发烟材料安装室和传感器安装室内。

8.根据权利要求7所述的基于电磁加热的低温烟具模组，其特征在于：在所述的传感器安装室内设有线圈架，所述的线圈架将所述的平面线圈固定在所述的传感器安装室内靠近所述的发烟材料安装室的一端。

9.一种低温烟具，包括壳体，在所述的壳体中设有可充电电池、开关和连接导线，其特征在于：在所述的壳体中设有权利要求1-8中任一项所述的基于电磁加热的低温烟具模组。