CN111052858A - 用于蒸气产生装置的感应加热组件 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于蒸气产生装置的感应加热组件，该加热组件包括可再充电电源和感应线圈。该感应线圈被布置用于在使用中加热感受器、并且还被布置用于在使用中接收由外部源产生的电磁场以对该电源充电。

Description

用于蒸气产生装置的感应加热组件
技术领域
本发明涉及一种用于蒸气产生装置的感应加热组件。将物质加热而不是燃烧来产生供吸入的蒸气的装置近年来受到消费者的欢迎。
背景技术
这样的装置可以使用多种不同途径中的一种途径来为物质提供热量。一种这样的途径是采用感应加热系统的蒸气产生装置。在这样的装置中，该装置设有感应线圈(下文中还被称为感应器)，并且蒸气产生物质设有感受器。当使用者激活该装置时，感应器被提供电能，该感应器进而产生电磁场。感受器与该场耦合并且产生热量，该热量传递给物质，并且在该物质被加热时，产生蒸气。
这样的途径潜在地提供对加热并且因此对蒸气产生的更好控制。然而，实际上，这样的途径可能得到具有大量部件的相对笨重的装置。这可能使得生产变得昂贵并且给想要简单且紧凑装置的使用者带来不便。
使用者期望这样的装置是可再充电的，因而一种用于对蒸气产生装置再充电的安全且可靠的系统是所期望的。然而，安装这样的再充电系统以及可再充电电源可能导致笨重装置中出现甚至更大量部件。
本发明寻求的是减轻至少一些上述问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于蒸气产生装置的感应加热组件，该加热组件包括：可再充电电源；以及感应线圈；其中，该感应线圈被布置用于在使用中加热感受器、并且还被布置用于在使用中接收由外部源产生的电磁场以对该电源充电。
通过将感应线圈用于电磁场的发射和接收两者，可以可靠地由蒸气产生装置中的同一构件提供感应加热和感应充电。这实现了减少的部件数量，从而改善了装置的大小、重量、生产成本和安全性。
感受器可以包括但不限于铝、铁、镍、不锈钢及其合金(例如镍铬合金)中的一种或多种。通过在其附近施加电磁场，感受器由于涡电流和磁滞损耗而可以产生热量，从而引起电磁能到热能的转换。
优选地，该感应加热组件进一步包括：逆变器，该逆变器被布置用于将来自该电源的直流电流改变成高频交变电流；整流器，该整流器被布置用于将来自该感应线圈的高频交变电流改变成直流电流；以及感应控制器，该感应控制器被布置用于在使用中与该电源、该感应线圈、该整流器、以及该逆变器电连接，使得在使用中，当在感应线圈处接收到呈外部源所产生的电磁场形式的功率时，能够选择性向该感应线圈供应该高频流变电流并且该感应线圈能够感应地加热感受器，并且在使用中，能够选择性地对该电源供应直流电流，以对该电源进行感应充电。
该感应控制器通过向感应线圈和电源选择性地供应电流来提供用于控制加热组件的感应能力的手段。这允许装置的使用者有效地控制通过感应线圈实现的加热功能和充电功能两者的程度、并且仅在需要时供应电流。使用单一控制单元来控制通过感应线圈实现的这两个功能减少了部件数量并且改善了加热组件的安全性。在加热组件内的电流需要在交变电流与直流电流之间切换的一些情形下，包含逆变器和整流器是有利的。
该组件可以被布置成在使用时通过波动的电磁场来进行操作，该波动的电磁场具有在大约0.5T与最高浓度点的大约2.0T之间的磁通量密度。
电源和电路系统可以被配置用于在高频下进行操作。典型地，电源和电路系统可以被配置用于在大约80kHz与大约500kHz之间、优选地在大约150kHz与大约250kHz之间、并且更优选地在大约200kHz的频率下进行操作。
尽管感应线圈可以包括任何合适的材料，但是感应线圈典型地可以包括利兹(Litz)电线或利兹电缆。
虽然加热组件可以采取任何形状和形式，但是它可以被布置成基本上采取感应线圈的形式以减少多余的材料使用。优选地，该感应线圈的形状为大致圆柱形。
圆柱形感应线圈的圆形截面对于插入有待感应加热的本体并且均匀地加热该本体是理想的，并且使加热组件的形状是使用者握持起来舒服的。
优选地，该逆变器和该整流器是被布置用于将来自该电源的直流电流选择性地改变成高频交变电流、并且将来自该感应线圈的高频交变电流选择性地改变成直流电流的同一构件。
由于逆变器和整流器在直流电流与交变流电之间切换的作用在反过来时为基本上相似的功能，因此可以采用单一构件来将直流电流沿一个方向反向，而将交变电流沿另一个方向整流。这提供了简单且可靠的解决方案来降低生产成本和加热组件中的部件数量、并且获得显著更紧凑且轻量的装置。
可以通过将外部电磁场源放在感应线圈附近来对加热组件充电。典型地，该外部源可以包括外部感应线圈来接收和发射电磁场。虽然外部源可以以任何方式与感应线圈交互，但是，典型地加热组件被布置用于在其体积内接纳外部电磁场源的至少一部分。
通过将外部源的一部分放在加热组件内部(在一些实例中，通过提供突出部(形成外部源的一部分)，当没有本体/胶囊位于加热隔室中时，该突出部可以插入该加热隔室中)，因此可以确保外部电磁场源与加热组件的感应线圈之间的安全且紧凑的无线连接。这种布置确保了感应线圈与外部源之间的电磁连接强大，以增大对感应加热组件的电源进行感应充电的效率。另外，在这种布置中，在充电时，加热组件起到屏蔽电磁场的作用。
替代性地，该组件的至少一部分被布置用于在使用中插入外部电磁场源的体积中。该外部源可以具有开口和其内部体积的一部分，组件可以插入该内部体积内。替代性地，该外部源中可以具有通孔，使得其内部周界允许组件穿过其而插入。这允许在与紧凑的外部源结合操作时使吸嘴暴露，甚至在吸嘴附接至蒸气产生装置时包封加热隔室的情况下也是如此。
在将组件联接至外部装置的内部或外部时，可能存在需要稳定的物理联接的情形。该装置可以设有用于固定外部源相对于感应加热组件的位置的器件。优选地，可以存在用于固定外部线圈相对于该组件的感应线圈的位置的器件，比如卡扣配合机构。这可以允许这两个装置物理地联接，使得还可以维持电磁耦合。
可以是以下情形：提供电磁场以从感应加热组件外部进行充电是有利的，如稍后详细描述的。
根据本发明，还提供了一种蒸气产生装置，该蒸气产生装置包括：根据本发明的第一方面的感应加热组件；加热隔室，该加热隔室被布置用于接纳包括可汽化物质和可感应加热的感受器的本体；被布置用于将空气提供至该加热隔室的空气入口；与该加热隔室连通的空气出口。
通过使用被优化以获得对蒸气产生装置进行加热和充电的多种功能的加热组件，可以提供一种可靠、轻量且紧凑的蒸气产生装置。
该主体可以是胶囊，该胶囊在使用中包括在透气性外壳内的可汽化物质。透气性材料可以是电绝缘且非磁性的材料。该材料可以具有高透气性，以允许空气流过具有耐高温性的材料。合适的透气性材料的实例包括纤维素纤维、纸、棉以及丝绸。透气性材料还可以用作过滤器。替代性地，该本体可以是包裹在纸中的可汽化物质。替代性地，该本体可以是被固持在不透气的但是包括合适的穿孔或开口以允许空气流动的材料内的可汽化物质。替代性地，该本体可以是可汽化物质本身。该本体可以大致以棒的形状形成。
该可汽化物质可以是任何类型的固体或半固体材料。可汽化的固体的示例性类型包括粉末、微粒、球粒、碎片、股、多孔材料、或片材。该物质可以包括植物衍生材料，并且特别地，该物质可以包括烟草。
优选地，可汽化物质可以包括气溶胶形成剂。气溶胶形成剂的实例包括多元醇及其化合物，例如丙三醇或丙二醇。典型地，可汽化物质可以包括在大约5％与大约50％(基于干燥重量)之间的气溶胶形成剂含量。优选地，可汽化物质可以包括大约15％(基于干燥重量)的气溶胶形成剂含量。
可汽化物质可以是气溶胶形成剂本身。在这种情况下，可汽化物质可以是液体。在这种情况下，本体可以具有液体保持物质(例如，一束纤维、如陶瓷等多孔材料，等)，该液体保持物质保持要被如加热器等汽化装置汽化的液体，并且允许蒸气形成并从液体保持物质释放或排放到空气出口以供使用者吸入。
在加热时，可汽化物质可以释放挥发性化合物。挥发性化合物可以包括尼古丁或比如烟草香料等风味化合物。
由于感应线圈在进行操作来加热感受器时产生电磁场，因此在操作中，包括可感应加热的感受器的任何构件在被放在装置附近时会被加热，并且这样，不对加热隔室所接纳的本体的形状和形式进行限制。优选地，待加热的本体的形状为圆柱形，并且这样，加热隔室被布置用于接纳大致圆柱形的可汽化制品。
加热隔室接纳待加热的大致圆柱形构件的能力是有利的，因为通常可汽化物质、特别是烟草产品以圆柱形形式进行包装和出售。
根据本发明，还提供了一种蒸气产生装置充电系统，该蒸气产生装置充电系统包括：根据本发明的第一方面的感应加热组件；充电装置，该充电装置包括被布置用于通过产生电磁场而在该感应加热组件的感应线圈中感应出电流的充电线圈。
通过使充电装置产生电磁场以在感应加热组件的感应线圈中感应出电流来对电源充电，可以对蒸气产生装置提供安全且有效的无线充电。
虽然充电装置可以采取任何形状和形式，但是优选地充电装置是大致圆柱形的。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于对蒸气产生装置充电的方法，该方法包括以下步骤：将充电装置放在该蒸气产生装置的感应加热组件附近，该感应加热组件包括可再充电电源和感应加热线圈；以及将来自该充电装置的呈电磁场形式的功率传递至该加热组件的感应加热线圈以向该可再充电电源供应电量。
通过使用蒸气产生装置的感应加热线圈来对装置的电源提供感应充电，可以对装置进行无线充电而不需要单独的用于充电的第二感应布置。
虽然充电装置可以被布置用于与感应线圈以任何方式交互，但是优选地，充电装置的一部分至少部分地插入感应加热组件的体积中。这确保了在充电装置与感应加热线圈之间维持适当的连接，以提供安全且可靠的联接来对电源充电。
替代性地，感应加热组件的至少一部分可以至少部分地插入该充电装置的体积中。
可以是以下情形：提供电磁场以从感应加热组件外部进行充电是有利的。例如，可能期望感应加热组件的加热功能和充电功能两者同时起作用、或者在联接了外部装置时进行加热和/或在本体/胶囊位于加热隔室的内部空间中时进行充电，在这种情况下，缠绕在感应加热组件上的外部电磁场源是有利的。通过将加热组件布置成插入外部充电装置中，可以空出该组件的内部空间(例如，加热隔室的内部空间)来被待加热的物质(例如，本体/胶囊)占据。该内部空间可以被限定在感应线圈的径向内侧、并且可以被布置用于接纳本体，该本体包括可汽化物质和可感应加热的一个或多个感受器，例如如上文描述的。
另外，对于同时需要加热和充电的情况，感应加热组件可以包括两个线圈，一个用于充电，而另一个用于加热，优选地在同一轨道上为并排的。
在所有情况下(即，无论是外部充电装置的一部分插入蒸气产生装置的体积(例如，加热隔室)中，还是在蒸气产生装置的一部分插入外部充电装置的一部分中(例如，通过将外部充电装置的一部分套在蒸气产生装置上))，优选的是，外部充电装置可以包括主要充电线圈(可操作用于在蒸气产生装置的感应线圈中感应出电流)，当该主要充电线圈和蒸气产生装置的感应线圈以充电构型联接在一起时，该主要充电线圈可以被布置成基本上与蒸气产生装置的感应线圈共轴并且基本上与之重叠。
附图说明
现在通过举例的方式参考附图来对本发明进行描述，在附图中：
图1示意性展示了根据本发明的实例的感应加热组件。
图2A示意性展示了在进行操作来加热外部感受器时经过图1的感应加热组件的电流流动。
图2B示意性展示了在进行操作来对可再充电电源充电时经过图1的感应加热组件的电流流动。
图3示意性展示了图1、图2A和图2B的感应加热组件可以如何与外部电磁场源交互。
图4示意性展示了根据本发明的实例的蒸气产生装置的分解视图。
图5示意性展示了图4的在使用中的蒸气产生装置。
图6示意性展示了图1、图2A和图2B的感应加热组件可以如何与外部电磁场源交互的另一个实例。
具体实施方式
图1示意性展示了根据本发明的实例的感应加热组件10。在这个实例中，加热组件10包括感应线圈12和可再充电电源13。电源13和感应线圈12被放置成处于电连接，使得可以在这两个部件之间选择性地传递电力。感应线圈12被布置用于通过接收来自电源13的电力并且产生电磁场来加热外部感受器。感应线圈12进一步被布置用于接收外部产生的电磁场，以选择性地感应出电流来对可再充电电源13充电。在这个实例中，感应线圈12为大致圆柱形，使得感应加热组件10的形式同样为大致圆柱形。
当进行操作来加热外部感受器时，从由电源13供应的直流电流改变得到的交变电流流经感应线圈12而在线圈12附近的区域中产生受控的电磁场。所产生的电磁场提供了源以供外部感受器吸收电磁能并且将其转换为热量，由此实现感应加热。
图1的感应加热组件10还可以被操作来在外部电磁场源被放在感应线圈12附近时对电源13进行感应充电。当进行操作来对可再充电电源13充电时，感应线圈12与外部场交互以吸收电磁能并且感应出交变电流，该交变电流被改变成直流电流并且传递至电源13以提供感应充电。以此方式，感应线圈12提供获得感应加热组件10的加热功能和充电功能两者的手段。
在一些实例中，感应加热组件10进一步包括感应控制器14，如图2A和图2B所示。在这个实例中，感应控制器14被布置成在使用中与电源13和感应线圈12电连接，以便选择性地控制在电源13与感应线圈12之间流动的电流，使得可以调节加热或充电的程度。感应控制器14能够被使用者手动地操作来选择热设置、或者被编程为根据预定参数自动地调整流经感应线圈12的电流。
感应加热组件10进一步包括：逆变器，该逆变器被布置用于将来自电源13的直流电流改变成高频交变电流以用于驱动感应线圈12；以及整流器，该整流器被布置用于将来自感应线圈12的高频交变电流改变成直流电流以用于对电源13充电。
图2A展示了在进行操作来加热外部感受器时经过感应加热组件10的电流流动。来自电源13的、被逆变器转换成高频交变电流的电流通过感应控制器14被选择性地供应给感应线圈12。感应线圈12中的交变电流在线圈12的区域中产生动态电磁场，该动态电磁场可以被外部感受器吸收以实现感应加热。
图2B展示了在进行操作来对可再充电电源13充电时经过感应加热组件10的电流流动。在感应线圈12处接收呈由外部源产生的动态电磁场形式的功率。该电磁场在感应线圈12中产生电动势以产生高频交变电流。来自感应线圈12的、被整流器转换成直流电流的交变电流通过感应控制器14被选择性地供应给可再充电电源13。以此方式，可再充电电源13可以通过将感应线圈12用作接收感受器(或者等同地用作感应充电领域熟知的转换器装置的次级绕组)、被外部电磁场源以感应方式无线地充电。
虽然为了清楚起见，已经将逆变器和整流器描述为分开的部件，但是这些部件可以是被布置用于反向地操作的同一构件，即，将来自电源13的直流电流选择性地改变成高频交变电流以及将来自感应线圈12的高频交变电流选择性地改变成直流电流。
图3示意性展示了图1、图2A和图2B的感应加热组件10可以如何与外部电磁场源交互的两个实例。如图3所示，感应加热组件10和外部电磁场源17的一种可能的构型是，感应加热组件10的至少一部分被插入外部电磁场源17的体积中。在这种构型中，感应加热组件10插入外部源17中，使得加热组件10的感应线圈12与外部源17的电磁场产生区域基本上重叠。在这个实例中，外部源17中的产生线圈产生外部电磁场，但是该场可以通过任何其他适合的手段、例如由点源来产生。
在另一个实例中，感应加热组件10被布置用于在加热组件10的体积内接收外部电磁场源17的一部分。在这个实例中，外部源17插入感应加热组件10中，使得外部源17的场产生部件基本上被包含在感应线圈12内部。这种布置允许安全且可靠地对感应加热组件充电、同时维持紧凑的形式。
感应加热组件10能够以上述任一种构型被操作来对电源13充电，其中该构型被选择为适合使用者要求的需要。例如，可能期望感应加热组件10的加热功能和充电功能两者同时起作用，在这种情况下，缠绕在感应加热组件10上的外部电磁场源17是所期望的。
图4示意性展示了根据本发明的实例的蒸气产生装置20的分解视图。在这个实例中，蒸气产生装置包括感应加热组件10并且进一步包括加热隔室21，该加热隔室被布置用于接纳本体22，该本体包括可汽化物质23和可感应加热的感受器24。加热隔室21至少部分地与感应线圈12的体积相邻或被包含在其中。与加热隔室21相邻定位的空气入口25将来自周围环境的空气提供给加热隔室21。空气出口26与加热隔室21连通、并且提供用于提取在加热隔室21内产生的蒸气的能力。图4所示的所有或一些部件被布置成是可移除的，并且图5展示了图4所示的蒸气产生装置20的各个部件在使用中如何组装在一起。
加热隔室21被布置用于接纳本体22，该本体包括可汽化物质23和可感应加热的感受器24。优选地，本体22具有层或薄膜以容纳可汽化物质，其中该层或薄膜是透气的。例如，本体21可以是包含烟草和至少一个可感应加热的感受器元件的可抛弃胶囊。感受器24可以与可汽化物质23直接或间接地接触，使得当感受器24被感应加热组件10的感应线圈12感应加热时，热量从感受器24传递至可汽化物质23以加热该可汽化物质23来产生蒸气。通过空气入口25添加来自周围环境的空气促进了可汽化物质23的汽化。通过加热该可汽化物质23产生的蒸气接着穿过空气出口26离开加热隔室21、并且可以例如被该装置的使用者吸入。使用者从装置20的出口26侧抽吸空气所产生的负压可以帮助空气流经加热隔室21(即，从空气入口25流经隔室21并且从空气出口26流出)。
当装置20用于产生供吸入的蒸气时，吸嘴27也可以安装在该装置上、与空气出口26连通。吸嘴27提供了使使用者容易抽吸从装置20产生的蒸气的能力。
图6示意性展示了图4和图5的蒸气产生装置20可以如何被操作来对可再充电电源13充电以及对感受器24感应加热。包括外部线圈32的外部感应装置30环绕感应加热组件10的周界，使得加热线圈12和外部线圈32的中心轴线基本上重合。在这个实例中，外部感应装置30具有两个开放端，感应加热组件10可以穿过这两个开放端而插入。可以存在用于固定外部线圈32相对于感应线圈12的位置的器件，比如卡扣配合机构。这允许蒸气产生装置20被操作来加热感受器24、并且同时对可再充电电源13充电。
如从上文了解的是，本发明通过避免需要一个感应系统用于加热以及另一个单独的感应系统用于充电，使得能够提供一种便宜、紧凑且适合便携式手持使用的蒸气产生装置。本发明实现了一种具有安全且有效的充电机构和更少的部件数量从而减小大小、重量和制造成本的电子蒸气产生装置，并且仍然能够使此类蒸气产生装置实现加热和充电功能两者。

Claims (15)

1.一种用于蒸气产生装置的感应加热组件，该加热组件包括：
可再充电电源；以及
感应线圈；其中
该感应线圈被布置用于在使用中加热感受器、并且还被布置用于在使用中接收由外部源产生的电磁场以对该电源充电。
2.根据权利要求1所述的感应加热组件，进一步包括：
整流器，该整流器被布置用于将由该外部源产生的电磁场在该感应线圈中感应出的高频交变电流改变成适合于对该可再充电电源充电的形式。
3.根据权利要求2所述的感应加热组件，其中，该整流器被布置用于将来自该感应线圈的高频交变电流改变成直流电流。
4.根据权利要求3所述的感应加热组件，进一步包括：
逆变器，该逆变器被布置用于将来自该电源的直流电流改变成高频交变电流；
以及
感应控制器，该感应控制器被布置用于在使用中与该电源、该感应线圈、该整流器、以及该逆变器电连接，使得在使用中，当在感应线圈处接收到呈外部源所产生的电磁场形式的功率时，能够选择性向该感应线圈供应该高频流变电流并且该感应线圈能够感应地加热感受器，并且在使用中，能够选择性地对该电源供应直流电流，以对该电源进行感应充电。
5.根据任一前述权利要求所述的感应加热组件，其中，该感应线圈的形状为大致圆柱形。
6.根据任一前述权利要求所述的感应加热组件，其中，该逆变器和该整流器是被布置用于将来自该电源的直流电流选择性地改变成高频交变电流、并且将来自该感应线圈的高频交变电流选择性地改变成直流电流的同一构件。
7.根据任一前述权利要求所述的感应加热组件，其中，该组件被布置用于在其体积内接纳外部电磁场源的至少一部分。
8.根据任一前述权利要求所述的感应加热组件，其中，该组件的至少一部分被布置用于在使用中插入外部电磁场源的体积中。
9.一种蒸气产生装置，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的感应加热组件；
加热隔室，该加热隔室被布置用于接纳包括可汽化物质和可感应加热的感受器的本体；
被布置用于将空气提供至该加热隔室的空气入口；
与该加热隔室连通的空气出口。
10.根据权利要求9所述的蒸气产生装置，其中，该加热隔室被布置用于接纳大致圆柱形的可汽化制品。
11.一种蒸气产生装置充电系统，包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的感应加热组件；
充电装置，该充电装置包括被布置用于通过产生电磁场而在该感应加热组件的感应线圈中感应出电流的充电线圈。
12.根据权利要求11所述的蒸气产生装置充电系统，其中，该充电装置是大致圆柱形的。
13.一种用于对蒸气产生装置充电的方法，该方法包括以下步骤：
将充电装置放在该蒸气产生装置的感应加热组件附近，该感应加热组件包括可再充电电源和感应加热线圈；以及
将来自该充电装置的呈电磁场形式的功率传递至该加热组件的感应加热线圈以向该可再充电电源供应电量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，该充电装置的一部分至少部分地插入该感应加热组件的体积中。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，该感应加热组件的一部分至少部分地插入该充电装置的体积中。
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