JP2023517508A - エアロゾル生成デバイスのための装置 - Google Patents

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ヤン チャン， ジャスティン ハン
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Abstract

Figure 2023517508000001
エアロゾル生成デバイスのための装置は、エアロゾル生成材料を加熱するように配置されるサセプタ装置を誘導加熱し、それによってエアロゾルを生成させるように構成される誘導加熱回路を含む。誘導加熱回路は、変動電流が誘導素子を通って流れるときにサセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導素子と、第１のＤＣ電圧が誘導加熱回路に供給されるときに誘導素子を通って変動電流を流すためのスイッチング装置と、電圧源から入力電圧を受け取り、誘導加熱回路の両端に第１のＤＣ電圧を出力するように構成される電圧調整器と、電圧調整器によって出力される第１のＤＣ電圧を調整し、それによってサセプタ装置を加熱するために加熱回路に供給される電力を調整するように構成される制御装置とを含む。エアロゾル生成システムおよびエアロゾル生成システムを動作させる方法も提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、エアロゾル生成デバイスのための装置に関し、特に、サセプタ装置を誘導加熱するように構成される回路に変動電流を供給するための装置に関する。
従来技術の説明
［背景］
紙巻たばこ、葉巻たばこなどの喫煙物品は、使用中にたばこを燃焼させてたばこ煙を生成する。燃焼することなく化合物を放出する生成物を作り出すことによって、これらの物品の代替物を提供する試みがなされてきた。そのような製品の例は、材料を加熱するが燃焼させないことによって化合物を放出する、いわゆる「非燃焼加熱」製品またはタバコ加熱装置または製品である。材料は、例えば、タバコまたは他の非タバコ製品であってもよく、ニコチンを含有してもしなくてもよい。
［概要］
本発明の第１の態様によれば、エアロゾル生成デバイスのための装置が提供され、この装置は、エアロゾル生成材料を加熱するように配置されるサセプタ装置を誘導加熱し、それによってエアロゾルを生成させるように構成される誘導加熱回路であって、変動電流が誘導素子を通って流れるときにサセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導素子、及び、第１のＤＣ電圧が誘導加熱回路に供給されると、変動電流を誘導素子に流すためのスイッチング装置を含む当該誘導加熱回路と、電圧源から入力電圧を受け取り、誘導加熱回路の両端に第１のＤＣ電圧を出力するように構成される電圧調整器と、電圧調整器によって出力される第１のＤＣ電圧を調整し、それによって、サセプタ装置を加熱するために前記加熱回路に供給される電力を調整するように構成される制御装置と、を備える。
制御装置は、電圧調整器へ入力される電圧の特性を制御することによって、電圧調整器によって出力される第１のＤＣ電圧を制御するように構成されてもよい。
電圧調整器への入力電圧の特性は、入力電圧のデューティサイクルであってもよい。
電圧調整器は、第１のＤＣ電圧が入力電圧よりも低くなるように、電圧調整器への入力電圧が降圧されることを可能にするように構成され得る。
電圧調整器は、第１のＤＣ電圧が入力電圧よりも大きくなるように、電圧調整器への入力電圧が昇圧されることを可能にするように構成され得る。
制御装置は、加熱回路に以前に供給された電力の決定された値に基づいて、電圧調整器によって誘導加熱回路に供給される第１のＤＣ電圧を調整するように構成されてもよい。
制御装置は、サセプタ装置の決定された温度に基づいて、電圧調整器によって出力される第１のＤＣ電圧を調整するように構成することができる。
誘導加熱回路は、共振ＬＣ回路を備えてもよい。
共振ＬＣ回路は、誘導素子と並列に配置される容量素子を含む並列ＬＣ回路であってもよい。
共振ＬＣ回路は、ＬＣ共振回路の共振周波数で動作してサセプタ装置を加熱するように構成されてもよい。
スイッチング装置は、誘導素子を流れる変動電流を生じさせるために第１の状態と第２の状態とを交互に切り替えるように構成されてもよい。スイッチング装置は、共振回路内の電圧振動に応答して第１の状態と第２の状態との間で交互に切り替えられるように構成されてもよい。
共振回路内の電圧振動は、スイッチング装置を第１の状態と第２の状態との間で切り替えさせ、それによって誘導素子を通る電流を共振回路の共振周波数で変化させるように作用することができる。
装置は温度決定器を備えてもよく、温度決定器は、電圧調整器によって加熱回路に供給される第１のＤＣ電圧及び加熱回路の１つ以上の電気的特性に基づいて、サセプタ装置の温度を決定するように構成されてもよい。
加熱回路の１つ以上の電気的特性は、加熱回路が動作している周波数と、加熱回路によって引き出される電流と、加熱回路のインピーダンスとの１つ以上を含んでもよい。
電圧調整器が入力電圧を受け取る電圧源は、ＤＣ電圧源であってもよい。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様による装置を含むエアロゾル生成デバイスが提供される。
本発明の第３の態様によれば、第２の態様によるエアロゾル生成デバイスと、誘導素子によって加熱され、それによってエアロゾル生成材料を加熱してエアロゾルの流れを発生させるように配置されるサセプタ装置とを備えるエアロゾル生成システムが提供される。
サセプタ装置は、エアロゾル供給装置とは別個の構成要素内に設けられてもよく、エアロゾル供給装置と解放可能に係合するように構成されてもよい。
本発明の第４の態様によれば、エアロゾル生成デバイスと、エアロゾル生成デバイスによって加熱され、それによってエアロゾル生成材料を加熱してエアロゾルの流れを発生させるように配置されるサセプタ装置とを備えるエアロゾル生成システムを動作させる方法が提供され、エアロゾル生成デバイスは、サセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導加熱回路であって、変動電流が誘導素子を通って流れるときにサセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導素子、及び、第１のＤＣ電圧が誘導加熱回路に供給されるときに変動電流を誘導素子に流すためのスイッチング装置、を含む誘導加熱回路と、電圧源から入力電圧を受け取り、誘導加熱回路の両端に第１のＤＣ電圧を出力するように構成される電圧調整器と、制御装置と、を備え、上記方法は、制御装置によって、電圧調整器によって出力される第１のＤＣ電圧を調整し、それによってサセプタ装置を加熱するために加熱回路に供給される電力を調整するステップを含む。
本発明は、以下の図面を参照して、単なる例として記載される。
図１は、一例によるエアロゾル生成デバイスを概略的に示す図である。 図２は、エアロゾル生成デバイスの回路の態様を概略的に示す。 図３は、一例による、図２に示される回路の態様をさらに詳細に示す。 図４Ａは、実施例による、電圧調整器に入力され、そこから出力される電圧の概略プロットを示す。 図４Ｂは、実施例による、電圧調整器に入力され、そこから出力される電圧の概略プロットを示す。 図５は、第１の例示的な加熱回路を概略的に示す。 図６は、第２の例示的な加熱回路を概略的に示す。 図７は、第３の例示的な加熱回路を概略的に示す。 図８は、第４の例示的な加熱回路を概略的に示す。
［詳細な説明］
誘導加熱は、電磁誘導によって導電性物体（またはサセプタ）を加熱するプロセスである。誘導加熱器は、誘導素子、例えば誘導コイルと、交流電流などの変動電流を誘導素子に通すための装置とを備えることができる。誘導素子内の変動電流は、変動磁界を生成する。変動磁界は、誘導素子に対して適切に配置されるサセプタを貫通し、サセプタ内に渦電流を発生させる。サセプタは渦電流に対して電気抵抗を有しており、この抵抗に抗して渦電流が流れることにより、サセプタがジュール熱によって加熱される。サセプタが鉄、ニッケルまたはコバルトなどの強磁性材料を含む場合、熱はまた、サセプタ内の磁気ヒステリシス損失によって、すなわち、変化する磁場とのそれらの整列の結果として磁性材料内の磁気双極子の変化する配向によって生成され得る。
誘導加熱では、例えば伝導による加熱と比較して、サセプタ内部で熱が発生し、迅速な加熱が可能になる。さらに、誘導加熱器とサセプタとの間にいかなる物理的接触も必要とせず、構造および用途の自由度を高めることができる。
誘導加熱器は、誘導素子、例えば、サセプタを誘導加熱するように配置され得る電磁石によって提供されるインダクタンスＬと、コンデンサによって提供されるキャパシタンスＣとを有するＬＣ回路を備え得る。回路は、場合によっては、抵抗器によって提供される抵抗Ｒを備えるＲＬＣ回路として表されてもよい。いくつかの場合において、抵抗は、インダクタとキャパシタとを接続する回路の一部のオ－ム抵抗によって提供され、したがって、回路は必ずしもそのような抵抗器を含む必要はない。そのような回路は、例えばＬＣ回路と呼ばれることがある。このような回路は、回路素子のインピーダンスまたはアドミッタンスの虚数部が互いに打ち消し合うときに特定の共振周波数で生じる電気的共振を示すことがある。
電気的共振を示す回路の一例は、インダクタと、キャパシタと、任意選択で抵抗器とを備えるＬＣ回路である。ＬＣ回路の一例は、インダクタとキャパシタが直列に接続された直列回路である。ＬＣ回路の別の例は、インダクタとキャパシタが並列に接続された並列ＬＣ回路である。インダクタの崩壊磁界がコンデンサを充電する電流をその巻線に発生させ、一方で、放電コンデンサがインダクタに磁界を形成する電流を供給するので、ＬＣ回路に共振が生じる。本開示は、並列ＬＣ回路に焦点を当てる。並列ＬＣ回路が共振周波数で駆動されるとき、回路の動的インピーダンスは最大であり（インダクタのリアクタンスはキャパシタのリアクタンスに等しいので）、回路電流は最小である。しかしながら、並列ＬＣ回路の場合、並列インダクタおよびコンデンサループは、電流乗算器として作用する（ループ内の電流、したがってインダクタを通過する電流を効果的に乗算する）。したがって、共振周波数またはその近傍でＲＬＣ回路またはＬＣ回路を駆動することは、サセプタを貫通する磁界の最大値を提供することによって、効果的および／または効率的な誘導加熱を提供し得る。
トランジスタは、電子信号をスイッチングするための半導体デバイスである。トランジスタは、通常、電子回路に接続するための少なくとも３つの端子を備える。いくつかの従来技術の例では、所定の周波数、例えば回路の共振周波数でトランジスタをスイッチングさせる駆動信号を供給することによって、トランジスタを使用する回路に交流電流を供給することができる。
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は、印加された電界の効果を用いてトランジスタの有効コンダクタンスを変化させることができるトランジスタである。電界効果トランジスタは、本体Ｂと、ソース端子Ｓと、ドレイン端子Ｄと、ゲート端子Ｇとを備えることができる。電界効果トランジスタは、ソースＳとドレインＤとの間で電荷キャリア、電子または正孔が流れることができる半導体を含むアクティブチャネルを有する。チャネルの導電率、すなわちドレインＤ端子とソースＳ端子との間の導電率は、例えばゲート端子Ｇに印加される電位によって生成される、ゲートＧ端子とソースＳ端子との間の電位差の関数である。エンハンスメントモードＦＥＴでは、実質的に０のゲートＧからソースＳへの電圧が存在するとき、ＦＥＴはオフであってもよく（実質的に電流がそこを通過することを防止され）、実質的に非０のゲートＧ－ソースＳ電圧があるとき、ＦＥＴはオンでもよい（すなわち、実質的に電流がそこを通過することを可能にする）。
ｎチャネル（またはｎ型）電界効果トランジスタ（ｎ－ＦＥＴ）は、チャネルがｎ型半導体を含む電界効果トランジスタであり、電子が多数キャリアであり、正孔が少数キャリアである。例えば、ｎ型半導体は、ドナ－不純物（例えばリンなど）でド－プされた真性半導体（例えばシリコンなど）を含むことができる。ｎチャネルＦＥＴでは、ドレイン端子Ｄはソース端子Ｓよりも高い電位（すなわち、正のドレインソース電圧、換言すれば負のソースドレイン電圧）に置かれる。ｎチャネルＦＥＴを「オン」にするために（すなわち、そこに電流を通過することを可能にするために）、ゲート端子Ｇには、ソース端子Ｓの電位よりも高いスイッチング電位が印加される。
ｐチャネル（またはｐ型）電界効果トランジスタ（ｐ－ＦＥＴ）は、そのチャネルがｐ型半導体を含む電界効果トランジスタであり、正孔が多数キャリアであり、電子が少数キャリアである。例えば、ｐ型半導体は、アクセプタ不純物（例えばホウ素など）でド－プされた真性半導体（例えばシリコンなど）を含むことができる。ｐチャネルＦＥＴでは、ソース端子Ｓはドレイン端子Ｄよりも高い電位（すなわち、負のドレインソース電圧、換言すれば正のソースドレイン電圧）に置かれる。ｐチャネルＦＥＴを「オン」にするために（すなわち、そこに電流を通過することを可能にするために）、ゲート端子Ｇには、ソース端子Ｓの電位よりも低いスイッチング電位が印加される。
金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、ゲート端子Ｇが絶縁層によって半導体チャネルから電気的に絶縁された電界効果トランジスタである。いくつかの例では、ゲート端子Ｇは金属であってよく、絶縁層は酸化物（例えば二酸化ケイ素など）であってもよく、したがって「金属－酸化物－半導体」である。しかしながら、他の例では、ゲートは、ポリシリコンなどの金属以外の材料から作られてもよく、および／または絶縁層は、他の誘電体材料などの酸化物以外の材料から作られてもよい。それにもかかわらず、そのようなデバイスは、通常、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）と呼ばれ、本明細書で使用される場合、金属酸化物半導体電界効果トランジスタまたはＭＯＳＦＥＴという用語は、そのようなデバイスを含むものとして解釈されるべきであることを理解されたい。
ＭＯＳＦＥＴは、半導体がｎ型であるｎチャネル（またはｎ型）ＭＯＳＦＥＴであってもよい。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（ｎ－ＭＯＳＦＥＴ）は、ｎチャネルＦＥＴについて上述したのと同じ方法で動作させることができる。別の例として、ＭＯＳＦＥＴは、半導体がｐ型であるｐチャネル（またはｐ型）ＭＯＳＦＥＴであってもよい。ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（ｐ－ＭＯＳＦＥＴ）は、ｐチャネルＦＥＴについて上述したのと同じ方法で動作させることができる。ｎ－ＭＯＳＦＥＴは、典型的には、ｐ－ＭＯＳＦＥＴよりも低いソースドレイン抵抗を有する。したがって、「オン」状態にあるとき（すなわち、そこに電流が流れるとき）、ｎ－ＭＯＳＦＥＴは、ｐ－ＭＯＳＦＥＴと比較してより少ない熱を生成し、したがって、動作中にｐ－ＭＯＳＦＥＴよりも少ないエネルギーを浪費し得る。さらに、ｎ－ＭＯＳＦＥＴは、典型的には、ｐ－ＭＯＳＦＥＴと比較してより短いスイッチング時間（すなわち、ゲート端子Ｇに与えられるスイッチング電位を変化させてからＭＯＳＦＥＴに電流が流れるか否かを変化させるまでの特性応答時間）を有する。これは、より高いスイッチング速度および改善されたスイッチング制御を可能にする。
図１は、一例によるエアロゾル生成デバイス１００を概略的に示す。エアロゾル生成デバイス１００は、ＤＣ電源１０４（この例では電池１０４）と、サセプタ装置１１０と、サセプタ装置１１０を加熱するための誘導素子１５８を備える回路１４０とを備える。サセプタ装置１１０は、エアロゾル生成材料１１６を加熱し、それによって例えばユーザによる吸入のためのエアロゾルを生成させるように構成される。
図１の例では、サセプタ装置１１０は、エアロゾル生成材料１１６と共に消耗品１２０内に配置される。ＤＣ電源１０４は、回路１４０に電気的に接続され、回路１４０にＤＣ電力を供給するように構成される。
回路１４０は、制御装置１０６と、電圧調整器１５４と、誘導素子１５８を備える加熱回路１５０（図２に示す）とを備える。
制御装置１０６は、例えばユーザ入力に応答してデバイス１００をオン及びオフに切り換える手段を含むことができる。制御装置１０６は、例えば、それ自体知られているような吸煙検出器（図示せず）を備えてもよく、及び／又は少なくとも１つのボタン若しくはタッチコントロール（図示せず）を介してユーザ入力を取得してもよい。制御装置１０６は、デバイス１００の構成要素又は装置内に挿入された消耗品１２０の構成要素の温度を監視するための手段を含むことができる。
誘導素子１５８は、例えば平面体であり得るコイルであってもよい。誘導素子１５８は、例えば、銅（比較的低い抵抗率を有する）から形成することができる。回路１４０は、以下でより詳細に説明されるように、ＤＣ電源１０４からの入力ＤＣ電流を、誘導素子１５８を通る変動電流、例えば交流電流に変換するように構成される。回路１４０は、誘導素子１５８を通る変動電流を駆動するように構成される。
サセプタ装置１１０は、誘導素子１５８からサセプタ装置１１０への誘導エネルギー伝達のために誘導素子１５８に対して配置される。サセプタ装置１１０は、誘導加熱することができる任意の適切な材料、例えば金属または金属合金、例えば鋼から形成することができる。いくつかの実装形態では、サセプタ装置１１０は、鉄、ニッケル、およびコバルトなどの例示的な金属のうちの１つまたは組合せを含み得る強磁性材料を含むか、またはそれから完全に形成され得る。いくつかの実装形態では、サセプタ装置１１０は、非強磁性材料、たとえばアルミニウムを含むか、またはそれから全体的に形成され得る。誘導素子１５８は、それを通して駆動される変動電流を有し、上述のように、ジュール加熱および／または磁気ヒステリシス加熱によってサセプタ装置１１０を加熱させる。サセプタ装置１１０は、使用時にエアロゾルを生成させるために、例えば伝導、対流、および／または放射加熱によってエアロゾル生成材料１１６を加熱するように構成される。いくつかの例では、サセプタ装置１１０およびエアロゾル生成材料１１６は、エアロゾル生成デバイス１００に挿入および／またはそこから取り外すことができる一体型ユニットを形成し、使い捨てであってもよい。いくつかの例では、誘導素子１５８は、例えば交換のためにデバイス１００から取り外し可能であってもよい。エアロゾル生成デバイス１００は、手持ち式であってもよい。
本明細書で使用される場合、「エアロゾル生成材料」という用語は、典型的には蒸気またはエアロゾルの形態で、加熱時に揮発成分を提供する材料を含むことに留意されたい。エアロゾル生成材料は、非タバコ含有材料またはタバコ含有材料であってもよい。例えば、エアロゾル生成材料はタバコであってもよく、またはタバコを含んでもよい。エアロゾル生成材料は、例えば、タバコ自体、タバコ派生物、膨張タバコ、再構成タバコ、タバコ抽出物、均質化したタバコまたはタバコ代替物のうちの１つ以上を含み得る。エアロゾル生成材料は、粉砕タバコ、切断ラグタバコ、押出タバコ、再構成タバコ、再構成材料、液体、ゲル、ゲル化シート、粉末、または凝集体などの形態であってもよい。エアロゾル生成材料はまた、製品に応じてニコチンを含有してもしなくてもよい他の非タバコ製品を含んでもよい。エアロゾル生成材料は、グリセロールまたはプロピレングリコールなどの１つ以上の湿潤剤を含んでもよい。
エアロゾル生成デバイス１００は、ＤＣ電源１０４、制御回路１０６、及び誘導素子１５８を含む回路１５０を収容する外側本体１１２を含む。エアロゾル生成材料１１６を含み、この例ではサセプタ装置１１０も含む消耗品１２０は、使用のためにデバイス１００を構成するために本体１１２に挿入される。外側本体１１２は、使用中に生成されたエアロゾルがデバイス１００から出ることを可能にするマウスピース１１４を備える。
使用時に、ユーザは、例えばボタン（図示せず）又は吸煙検出器（図示せず）を介して回路１４０を作動させて、誘導素子１５８を通して駆動される変動電流、例えば交流電流を生じさせ、それによってサセプタ装置１１０を誘導加熱し、これが次にエアロゾル生成材料１１６を加熱し、それによってエアロゾル生成材料１１６にエアロゾルを生成させる。エアロゾルは、空気入口（図示せず）からデバイス１００内に引き込まれた空気中に生成され、それによってマウスピース１１４に運ばれ、そこでエアロゾルは、ユーザによる吸入のためにデバイス１００を出る。他の例では、デバイス１００自体がマウスピースを含まなくてもよい。例えば、消耗品１２０は、生成されたエアロゾルの流れを吸入するためにユーザによって係合されるように構成され得る。
デバイス１００は、エアロゾル生成材料を燃焼させることなくエアロゾル生成材料１１６の少なくとも１つの成分を揮発させる温度範囲までエアロゾル生成材料１１６を加熱するように構成されてもよい。例えば、温度範囲は、約５０℃～約３５０℃、例えば、約５０℃～約３００℃、約１００℃～約３００℃、約１５０℃～約３００℃、約１００℃～約２００℃、約２００℃～約３００℃、または約１５０℃～約２５０℃であってもよい。いくつかの例では、温度範囲は約１７０℃～約２５０℃である。いくつかの例では、温度範囲はこの範囲以外であってもよく、温度範囲の上限は３００℃超であってもよい。
サセプタ装置１１０の温度とエアロゾル生成材料１１６の温度との間には、例えばサセプタ装置１１０の加熱中に、例えば加熱速度が大きい場合に、差があってもよいことが理解されよう。したがって、いくつかの例では、サセプタ装置１１０が加熱される温度は、例えば、エアロゾル生成材料１１６が加熱されることが望ましい温度よりも高くてもよいことが理解されよう。
この例では、サセプタ装置１１０は、使用のためにデバイス１００を構成するためにデバイス１００に挿入可能な消耗品１２０の一部である。しかしながら、他の例では、サセプタ装置１１０は、デバイス１００の一部を形成してもよい。例えば、サセプタ装置１１０は、エアロゾル生成材料１１６を受け入れて加熱することができる加熱チャンバを画定する管を形成してもよい。
図２は、一例による、デバイス１００の回路１４０および電圧源１０４の概略図を示す。
回路１４０は、制御装置１０６と、電圧調整器１５４と、加熱回路１５０とを備える。加熱回路１５０は、誘導素子１５８と、サセプタ装置１１０を誘導加熱するために誘導素子１５８に変動電流、例えば交流電流を流すように構成されるスイッチング装置１８０とを備える。
電圧調整器１５４は、共振回路１５０によるサセプタ装置１１０の誘導加熱が、共振回路１５０に供給される電圧を制御することによって制御されることを可能にする。回路１５０に供給される電圧を制御することにより、共振回路１５０を流れる電流が制御され、したがって、共振回路１５０によってサセプタ装置１１０に伝達されるエネルギーを制御することができる。これにより、サセプタ装置１１０が加熱される度合いを制御することができる。いくつかの例では、サセプタ装置１１０の温度が監視されてもよく、サセプタ装置１１０がより高いまたはより低い程度に加熱されるべきかどうかの決定が行われてもよい。それに応じて所望の加熱出力を決定することができる。次に、電圧調整器１５４を用いて加熱回路１５０に供給される電圧の大きさを変更することにより、所望の加熱電力を供給することができる。いくつかの例では、デバイス１００の使用セッション中の任意の時間における所望の加熱電力は、予め決定され得る。別の例では、所望の電力レベルは、サセプタ装置１１０の決定された温度に従って設定することができる。例えば、サセプタ装置１１０の目標温度が規定されてもよく、電圧調整器１５４は、サセプタ装置１１０の決定された温度と目標温度との比較に基づいて加熱電力を調整するために使用されてもよい。目標温度は、いくつかの実施例では、例えば、所定の加熱プロファイルに従って、使用セッションを通して変化してもよい。
いくつかの例におけるデバイス１００は、例えば、１つ以上の温度センサを使用することによって、または無線手段を介して、サセプタ装置１１０の温度を決定するための温度決定器を備えてもよい。例えば、制御装置１０６は、加熱回路１５０の１つ以上の電気的特性に基づいてサセプタ装置１１０の温度を決定する温度決定器として機能することができる。以下でより詳細に説明されるように、いくつかの例では、加熱回路は、共振周波数で動作し得る共振ＬＣ回路である。共振周波数は、サセプタ装置１１０の温度に基づいて変化してもよい。そのような例では、加熱回路１５０が動作している周波数および／または加熱回路１５０によって引き出される電流および／または加熱回路１５０のインピーダンスは、温度サセプタ装置１１０と相関させることができる。これらの相関のいずれか１つを使用して、サセプタ装置１１０の温度を決定することができる。例えば、周波数／電流引き込み／インピーダンスをサセプタ装置１１０の温度に関連付ける１つ以上の較正曲線を得るために、加熱回路１５０が試験されている間に、動作周波数及び／又は電流引き込み及び／又はインピーダンス並びにサセプタ装置１１０の温度が測定されてもよい。次に、例えば、動作中、加熱回路１５０が動作している周波数、加熱回路１５０によって引き出される電流、又は加熱回路１５０のインピーダンスを測定し、テーブル内でルックアップを実行して、サセプタ装置１１０の温度の値を得ることができる。
制御装置１０６は、電圧調整器１５４によって加熱回路１５０に供給される電圧を制御できるように、電圧調整器１５４の動作を制御することができる。例えば、制御装置１０６は、電圧調整器１５４に供給される入力電圧のデューティサイクルを制御することができる。
いくつかの例では、電圧調整器１５４は、電圧源１０４から受け取った電圧を所与の量だけステップダウンするように構成されるバックレギュレータである。これは、電圧調整器によって加熱回路１５０に供給される電圧を制御することによって、加熱電力が制御される、例えば低減されることを可能にし得る。
いくつかの例では、定電圧が加熱回路１５０に供給されることを保証するために、電圧調整器１５４が使用されてもよい。これは、サセプタ装置１１０を加熱するために回路１５０によって提供される加熱電力のより良好な制御を可能にし得る。例えば、電圧調整器がない場合、加熱回路１５０に供給される電圧は、加熱回路１５０によって提供される負荷に基づいて変化してもよく、負荷は、他の要因の中でも特に、サセプタ装置１１０の温度に基づいて変化してもよい。電圧調整器１５４は、加熱回路１５０に供給される既知の、例えば一定の電圧を提供することができる。これは、制御されるエアロゾル生成材料１１６を加熱するために加熱回路１５０によって供給される電力を可能にしうる。いくつかの例では、加熱回路１５０に供給される電圧が既知であることを保証することにより、加熱回路１５０に供給される電圧を使用する制御装置１０６によって実行される計算を簡略化することができる。例えば、制御装置１０６は、加熱回路１５０によって提供される電力などのパラメータを監視するように構成されてもよい。そのようなパラメータを決定することは、いくつかの例では、加熱回路１５０に供給される電圧が知られていることを必要とし得る。いくつかの例では、パラメータは予め決定され、ルックアップテーブルに記憶され得る。電圧が一定値であることを保証することは、回路１５０に供給される電圧のより少ない異なる値に対応するより少ないエントリを用いてルックアップテーブルが生成されることを可能にし得る。したがって、電圧調整器１５４が固定された既知の電圧を加熱回路１５０に提供する場合、これはデバイス１００の制御を単純化することができる。
いくつかの例では、制御装置１０６は、特定の状況において、電圧調整器１５４によって電圧が調整されることなく、電圧源１０４からの出力電圧、例えば生バッテリ電圧が加熱回路１５０に提供されることを可能にするように構成されてもよい。これは、電圧の調整が所望されないときに電圧調整器１５４がバイパスされることを可能にすることによって、より低いエネルギー損失を可能にし得る。
いくつかの例では、誘導素子１５８を通る変動電流を生成するために加熱回路１５０を提供するスイッチング装置１８０を駆動するために電圧が供給されてもよい。図２に示す例では、スイッチング装置１８０は、制御装置１０６から駆動電圧を受け取る。制御装置１０６は、例えば、スイッチング装置１８０の様々な構成要素に電力を供給し、および／または制御するために、スイッチング装置１８０に供給される電圧信号を提供することができる。スイッチング装置１８０の例については、以下でより詳細に説明する。
制御装置１０６は、いくつかの例では、電圧源１０４から入力を受け取り、センサなどから様々な他の入力を受信するように構成されるマイクローコントローラユニット（ＭＣＵ）を含むことができる。ＭＣＵはまた、加熱回路１５０に電力を供給し、スイッチング装置１８０に駆動電圧を供給するための１つ以上の出力などの様々な出力をデバイス１００の構成要素に供給するように構成されてもよい。
図３は、一例による電圧調整器１５４及び加熱回路１５０を示す。図３の電圧調整器１５４は、制御装置１０６からＶ０の入力電圧を受け取り、加熱回路１５０の両端間に電圧Ｖ１を出力するように構成されるバックレギュレータである。電圧調整器１５４は、出力電圧Ｖ１が入力電圧Ｖ０よりも低い大きさを有するように、入力電圧Ｖ０が出力電圧Ｖ１に降圧されることを可能にするように構成される。したがって、この例では、電圧調整器１５４はバックレギュレータと呼ばれることがある。
図３に示される電圧調整器１５４は、第１のトランジスタ３５１と、第２のトランジスタ３５２と、ゲートドライバ３５３と、出力インダクタ３６１と、出力キャパシタ３６２とを備える。第１のトランジスタ３５１および第２のトランジスタ３５２は両方ともｎチャネルＦＥＴである。第１のトランジスタ３５１及び第２のトランジスタ３５２の各々は、ゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ、及びソース端子Ｓを有する。第１および第２のトランジスタ３５１、３５２のゲート端子Ｇは両方ともゲートドライバ３５３に接続される。ゲートドライバ３５３は、この例では制御装置１０６からゲート駆動信号ＶＧを受信シートランジスタ３５１、３５２を動作させるためのゲート電圧を供給するように構成される。制御装置１０６は、図３にてそれぞれ＋および－とラベル付けされた正端子および負端子間に電圧Ｖ０を供給する。正端子＋は、第１のトランジスタ３５１のドレイン端子Ｄに接続される。第１のトランジスタ３５１のソース端子Ｓは、第２のトランジスタ３５２のドレイン端子Ｄに接続され、これらの端子の両方は、出力インダクタ３６１の第１の側に接続される。第２のトランジスタ３５２のソース端子Ｓは接地１５１に接続される。電圧調整器１５４の出力キャパシタ３６２は、出力インダクタ３６１の第２の側と接地１５１との間に接続される。加熱回路１５０は、出力キャパシタ３６２と並列に、すなわち出力インダクタ３６１の第２の側と接地１５１との間に接続される。
一例では、正端子＋と負端子－との間の電圧Ｖ０は、制御装置１０６から供給される固定周波数電圧信号である。固定周波数電圧信号Ｖ０のデューティサイクルは、制御装置１０６によって可変であってもよい。デューティサイクルを減少させることは、電圧調整器１５４の出力電圧Ｖ１が低減されることを可能にし得る。したがって、電圧調整器１５４は、可変ＤＣ電圧Ｖ１を加熱回路１５０に供給するように構成することができる。
図４Ａおよび図４Ｂは、異なるデューティサイクルを有する入力電圧Ｖ０に対して電圧調整器１５４によって出力される結果として生じる出力電圧Ｖ１の理想化された表現を概略的に示す。図４Ａおよび図４Ｂは、水平軸上の時間ｔに対する垂直軸上の電圧Ｖの概略プロットを示す。図４Ａには、約５０％の第１のデューティサイクルを有する入力電圧信号Ｖ０の第１の例が示されている。すなわち、電圧信号Ｖ０は、サイクルの約半分の間「オン」状態にあり、サイクルの残りの間「オフ」状態にある。この第１の例による電圧調整器１５４によって出力される電圧Ｖ１は、「オン」状態における電圧信号Ｖ０の大きさよりも小さい大きさを有する定常ＤＣ電圧である。図４Ａに示される第１の例では、電圧調整器１５４によって出力される電圧Ｖ１は、「オン」状態の入力信号Ｖ０の約半分の大きさを有し得る。図４Ｂには、入力電圧信号Ｖ０が「オン」状態において第１の例と同じ大きさを有するが、異なるデューティサイクルを有する第２の例が示されている。図４Ｂは、約３０％のデューティサイクルを有する入力電圧信号Ｖ０を示す。図４Ｂにおいて、出力電圧Ｖ１は、再び、「オン」状態における入力電圧Ｖ０の大きさよりも小さい大きさを有する定常ＤＣ出力電圧である。しかしながら、図４Ｂにおける入力信号Ｖ０のより低いデューティサイクルのために、図４ＢにおけるＶ１の大きさは、図４ＡにおけるＶ１の大きさと比較して対応して低減される。例えば、図４Ｂにおいて、Ｖ１は、「オン」状態における入力電圧Ｖ０の実質的に３０％の大きさを有し得る。
図３に示される回路の変形形態（図示せず）では、出力インダクタ３６１、出力キャパシタ３６２が省略される。いくつかの例では、出力インダクタ３６１によって提供されるインダクタンスおよび出力キャパシタ３６２によって提供されるキャパシタンスは、加熱回路１５０によって提供することができ、加熱回路１５０は本明細書で説明するとおりであることが分かっている。これにより、回路１４０の部品点数を削減することができる。
ここで図５を参照すると、第１の例による加熱回路１５０のさらなる詳細が示されている。この例では、加熱回路１５０は、サセプタ装置１１０の誘導加熱のために配置される共振ＬＣ回路である。したがって、加熱回路１５０は、以下の例では共振回路と呼ばれることがある。
共振回路１５０は、この例では第１のトランジスタＭ１及び第２のトランジスタＭ２を含むスイッチング装置１８０を含む。第１のトランジスタＭ１および第２のトランジスタＭ２はそれぞれ、第１端子Ｇ、第２端子Ｄおよび第３端子Ｓを備える。誘導素子１５８とコンデンサ１５６とは並列に接続されている。以下にて詳細に説明するように、第１のトランジスタＭ１および第２のトランジスタＭ２の第２の端子Ｄは、誘導素子１５８およびキャパシタ１５６の並列組合せのいずれかの側に接続される。第１のトランジスタＭ１および第２のトランジスタＭ２の第３の端子Ｓは接地１５１に接続されている。第１のトランジスタＭ１及び第２のトランジスタＭ２は共に、第１のゲート端子Ｇと、第２のドレイン端子Ｄと、第３のソース端子Ｓとを有するＭＯＳＦＥＴである。トランジスタＭ１，Ｍ２は、この例ではいずれもｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。
代替例では、上述のＭＯＳＦＥＴの代わりに他のタイプのトランジスタが使用され得ることが理解されよう。
共振回路１５０は、インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣを有する。共振回路１５０のインダクタンスＬは、誘導素子１５８によって提供され、誘導素子１５８による誘導加熱のために配置されるサセプタ装置１１０のインダクタンスによっても影響され得る。サセプタ装置１１０の誘導加熱は、誘導素子１５８によって生成される変動磁界によるものであり、上述のように、サセプタ装置１１０においてジュール加熱及び／又は磁気ヒステリシス損失を誘導する。共振回路１５０のインダクタンスＬの一部は、サセプタ装置１１０の透磁率に起因し得る。誘導素子１５８によって生成される変動磁界は、誘導素子１５８を流れる変動電流、例えば交流電流によって生成される。
誘導素子１５８は、例えば、コイル状導電素子の形態であってもよい。例えば、誘導素子１５８は銅コイルであってもよい。誘導素子１５８は、例えば、リッツ線などのマルチストランドワイヤ、例えば、一緒に撚られたいくつかの個々に絶縁されたワイヤを含むワイヤを含み得る。マルチストランドワイヤのＡＣ抵抗は周波数の関数であり、マルチストランドワイヤは、誘導素子の電力吸収が駆動周波数で低減されるように構成することができる。別の例として、誘導素子１５８は、例えば、プリント回路基板上のコイル状トラックとすることができる。プリント回路基板上でコイル状トラックを使用することは、（高価であり得る）多重撚り線の任意の要件を不要にする断面と共に、剛性かつ自己支持型のトラックを提供するので有用であり得、それゆえ低コストかつ高い再現性で大量生産され得る。１つの誘導素子１５８が示されているが、１つ以上のサセプタ装置１１０の誘導加熱のために配置される２つ以上の誘導素子１５８が存在してもよいことが容易に理解されるであローう。
共振回路１５０のキャパシタンスＣは、キャパシタ１５６によって提供される。コンデンサ１５６は、例えば、クラス１セラミックコンデンサ、例えばＣ０Ｇタイプのコンデンサであってもよい。全容量Ｃはまた、共振回路１５０の浮遊容量を含んでもよい。しかしながら、これは、キャパシタ１５６によって提供されるキャパシタンスと比較して無視できるようにされるか、または無視できるようにされ得る。
共振回路１５０の抵抗は図５に示されていないが、回路の抵抗は、共振回路１５０の構成要素を接続するトラックまたはワイヤの抵抗、インダクタ１５８の抵抗、および／またはインダクタ１５８とのエネルギー伝達のために配置されるサセプタ装置１１０によって提供される共振回路１５０を通って流れる電流に対する抵抗によって提供され得ることを理解されたい。いくつかの例では、１つまたは複数の専用抵抗器（図示せず）が共振回路１５０に含まれ得る。
共振回路１５０には、上述したように、直流電源１０４から電圧調整器１５４を介して供給される直流電源電圧Ｖ１が供給される。電圧調整器１５４は、共振回路１５０の両端にＤＣ電圧Ｖ１を出力する。共振回路１５０の第１の点１５９および第２の点１６０は電圧Ｖ１であり、ＭＯＳＦＥＴＭ１およびＭ２の両方のソース端子は接地１５１に接続される。
したがって、共振回路１５０は、ブリッジの２つのアーム間に並列に接続された誘導素子１５８およびキャパシタ１５６を有する電気ブリッジとして接続されていると考えることができる。共振回路１５０は、以下に説明されるスイッチング効果を生成するように作用し、その結果、変化する、例えば交流の電流が誘導素子１５８を通って引き出され、したがって交流磁場を生成し、サセプタ装置１１０を加熱する。
第１の点１５９は、誘導素子１５８とキャパシタ１５６との並列結合の第１の側に位置する第１のノードＡに接続される。第２の点１６０は、誘導素子１５８とキャパシタ１５６との並列結合の第２の側である第２のノードＢに接続される。第１のチョークインダクタ１６１は、第１の点１５９と第１のノードＡとの間に直列に接続され、第２のチョークインダクタ１６２は、第２の点１６０と第２のノードＢとの間に直列に接続される。第１および第２のチョーク１６１および１６２は、それぞれ第１の点１５９および第２の点１６０から回路に入ることからＡＣ周波数をフィルタ除去するように作用するが、ＤＣ電流がインダクタ１５８に引き込まれ、それを通ることを可能にする。チョーク１６１および１６２は、ＡおよびＢにおける電圧が、第１の点１５９または第２の点１６０において目に見える影響をほとんどまたは全く伴わずに振動することを可能にする。
この特定の例では、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１および第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２は、ｎチャネルエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴである。第１のＭＯＳＦＥＴＭ１ののドレイン端子は導線等を介して第１ノードＡに接続され、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレイン端子は導線等を介して第２ノードＢに接続される。各ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２のソース端子は、接地１５１に接続される。
共振回路１５０は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ２のゲート端子Ｇに電圧を供給するために使用される第３の点１６５に接続された正端子を有する第２の電圧源Ｖ２、ゲート電圧源（または本明細書では制御電圧と呼ばれることもある）を備える。この例では、第３の点１６５に供給される制御電圧Ｖ２は、第１および第２の点１５９、１６０に供給される電圧Ｖ１から独立しており、これにより、制御電圧Ｖ２に影響を与えることなく電圧Ｖ１を変化させることができる。第１のプルアップ抵抗器１６３は、第３の点１６５と第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のゲート端子Ｇとの間に接続される。第２のプルアップ抵抗器１６４は、第３の点１６５と第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲート端子Ｇとの間に接続される。この例における制御電圧Ｖ２は、電圧源１０４から電力を受け取る制御装置１０６から出力される。
他の例では、異なるタイプのＦＥＴなど、異なるタイプのトランジスタが使用され得る。以下で説明するスイッチング効果は、「オン」状態から「オフ」状態にスイッチングすることができる異なるタイプのトランジスタについても同様に達成することができることが理解されよう。供給電圧Ｖ１及びＶ２の値及び極性は、使用されるトランジスタ及び回路内の他の構成要素の特性に関連して選択することができる。例えば、供給電圧は、ｎチャネルトランジスタまたはｐチャネルトランジスタが使用されるかどうかに依存して、またはトランジスタが接続される構成に依存して、またはトランジスタがオンまたはオフのいずれかになるトランジスタの端子間に印加される電位差の差に依存して選択され得る。
共振回路１５０は、この例ではショットキーダイオードである第１のダイオードｄ１および第２のダイオードｄ２をさらに備えるが、他の例では、任意の他の適切なタイプのダイオードが使用され得る。第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のゲート端子Ｇは、第１のダイオードｄ１を介して第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレイン端子Ｄに接続され、第１のダイオードｄ１の順方向は、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレインＤに向かっている。
第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲート端子Ｇは、第２のダイオードｄ２を介して第１の第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレインＤに接続されており、第２のダイオードｄ２の順方向は、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のドレインＤに向かっている。第１および第２のショットキーダイオードｄ１およびｄ２は、約０.３Ｖのダイオード閾値電圧を有することができる。他の例では、約０.７Ｖのダイオード閾値電圧を有するシリコンダイオードが使用されてもよい。実施例では、使用されるダイオードのタイプは、ゲート閾値電圧と併せて選択され、ＭＯＳＦＥＴＭ１およびＭ２の所望のスイッチングを可能にする。ダイオードおよびゲート供給電圧Ｖ２のタイプはまた、プルアップ抵抗器１６３および１６４、ならびに共振回路１５０の他の構成要素の値に関連して選択され得ることが理解されよう。
共振回路１５０は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１およびＭ２のスイッチングによる変動電流である、誘導素子１５８を通る電流をサポ－トする。この例では、ＭＯＳＦＥＴＭ１およびＭ２はエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴであるので、ＭＯＳＦＥＴのうちの１つのゲート端子Ｇに印加される電圧が、ゲートソース間電圧がそのＭＯＳＦＥＴの所定の閾値よりも高いようなものである場合、ＭＯＳＦＥＴはオン状態になる。電流は、ドレイン端子Ｄから接地１５１に接続されたソース端子Ｓに流れる。このオン状態におけるＭＯＳＦＥＴの直列抵抗は、回路の動作の目的のために無視でき、ドレイン端子Ｄは、ＭＯＳＦＥＴがオン状態にあるときに接地電位にあると考えることができる。ＭＯＳＦＥＴのゲートソース閾値は、共振回路１５０に適した任意の値とすることができ、電圧Ｖ２の大きさ及び抵抗器１６３、１６４の抵抗は、ＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のゲートソース閾値電圧に応じて、本質的に電圧Ｖ２がゲート閾値電圧よりも大きくなるように選択されることが理解されよう。
誘導素子１５８を流れる電流を変化させる共振回路１５０のスイッチング手順について、第１のノードＡの電圧が高く、第２のノードＢの電圧が低い状態から説明する。
ノードＡにおける電圧が高いとき、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレイン端子Ｄにおける電圧も高い。なぜなら、Ｍ１のドレイン端子は、この例では、導線を介してノードＡに直接接続されているからである。同時に、ノードＢにおける電圧は低く保持され、第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のドレイン端子Ｄにおける電圧は対応して低い（Ｍ２のドレイン端子は、この例では、導線を介してノードＢに直接接続されている）。
したがって、このとき、Ｍ１のドレイン電圧の値は高く、Ｍ２のゲート電圧よりも大きい。したがって、第２のダイオードｄ２は、この時点で逆バイアスされる。このときのＭ２のゲート電圧はＭ２のソース端子電圧よりも大きく、電圧Ｖ２は、Ｍ２におけるゲートソース間電圧がＭＯＳＦＥＴＭ２のオン閾値よりも大きくなるような電圧である。したがって、この時点でＭ２はオンである。
同時に、Ｍ２のドレイン電圧は低く、第１のダイオードｄ１は、Ｍ１のゲート端子へのゲート電圧供給Ｖ２により順方向バイアスされる。したがって、Ｍ１のゲート端子は、順方向バイアスされた第１のダイオードｄ１を介して第２のＭＯＳＦＥＴＭ２の低電圧ドレイン端子に接続され、したがって、Ｍ１のゲート電圧も低い。言い換えれば、Ｍ２はオンであるので、接地クランプとして作用し、その結果、第１のダイオードｄ１は順方向バイアスされ、Ｍ１のゲート電圧は低くなる。したがって、Ｍ１のゲートソース間電圧はオン閾値を下回り、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１はオフである。
要約すると、この時点で、回路１５０は第１の状態にある。
ノードＡの電圧はハイであり、
ノードＢの電圧はローであり、
第１のダイオードｄ１は順方向バイアスされ、
第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオンであり、
第２のダイオードｄ２は逆バイアスされ、
ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１はオフである。
この点から、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオン状態にあり、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１がオフ状態にある状態で、電流は、電源Ｖ１から第１のチョーク１６１および誘導素子１５８を通って引き出される。誘導チョーク１６１が存在するため、ノードＡの電圧は自由に振動する。誘導素子１５８はコンデンサ１５６と並列であるので、ノードＡで観測される電圧は、半正弦波電圧プロファイルの電圧に従う。ノードＡにおいて観測される電圧の周波数は、回路１５０の共振周波数ｆ０に等しい。
ノードＡにおける電圧は、ノードＡにおけるエネルギー減衰の結果として、その最大値から０に向かって時間的に正弦的に減少する。ノードＢにおける電圧は低く保持され（ＭＯＳＦＥＴＭ２がオンであるため）、インダクタＬはＤＣ電源Ｖ１から充電される。ＭＯＳＦＥＴ Ｍ２は、ノードＡにおける電圧がＭ２のゲートしきい値電圧にｄ２の順方向バイアス電圧を加えたもの以下である時点でオフに切り替えられる。ノードＡの電圧が最終的に０に達すると、ＭＯＳＦＥＴＭ２は完全にオフになる。
同時にまたはその直後に、ノードＢの電圧が高くなる。これは、誘導素子１５８とコンデンサ１５６との間のエネルギーの共振伝達によって起こる。このエネルギーの共振伝達によってノードＢの電圧が高くなると、ノードＡおよびＢならびにＭＯＳＦＥＴＭ１およびＭ２に関して上述した状況が逆転する。すなわち、Ａにおける電圧が０に向かって低下すると、Ｍ１のドレイン電圧が低下する。Ｍ１のドレイン電圧は、第２のダイオードｄ２がもはや逆バイアスされず、順バイアスされる点まで低下する。同様に、ノードＢにおける電圧はその最大値まで上昇し、第１のダイオードｄ１は順方向バイアスから逆方向バイアスに切り換わる。これが起こると、Ｍ１のゲート電圧はもはやＭ２のドレイン電圧に結合されず、したがってＭ１のゲート電圧は、ゲート供給電圧Ｖ２の印加の下で高くなる。したがって、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１は、そのゲートソース間電圧がスイッチオンの閾値よりも高いので、オン状態に切り替えられる。Ｍ２のゲート端子は順方向バイアスされた第２のダイオードｄ２を介してＭ１の低電圧ドレイン端子に接続されているので、Ｍ２のゲート電圧は低い。したがって、Ｍ２はオフ状態に切り替えられる。
要約すると、この時点で、回路１５０は第２の状態にある。
ノードＡの電圧は低く、
ノードＢの電圧はハイであり、
第１のダイオードｄ１は逆バイアスされ、
第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオフであり、
第２のダイオードｄ２は順方向バイアスされ、
第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１はオンである。
この時点で、電流は、第２のチョーク１６２を介して供給電圧Ｖ１から誘導素子１５８を通って引き出される。したがって、電流の方向は、共振回路１５０のスイッチング動作によって反転している。共振回路１５０は、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１がオフであり、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオンである上述の第１の状態と、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１がオンであり、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオフである上述の第２の状態との間で切り替わり続ける。
動作の定常状態では、エネルギーは、静電ドメイン（すなわち、キャパシタ１５６内）と磁気ドメイン（すなわち、インダクタ１５８）との間で伝達され、逆もまた同様である。
正味のスイッチング効果は、共振回路１５０内の電圧振動に応答し、静電分域（すなわち、コンデンサ１５６内）と磁気分域（すなわち、インダクタ１５８）との間のエネルギー伝達を有し、したがって、共振回路１５０の共振周波数で変動する時間変動電流を並列ＬＣ回路内に生成する。これは、共振回路１５０がその最適効率レベルで動作し、したがって共振から外れて動作する回路と比較してエアロゾル生成材料１１６のより効率的な加熱を達成するので、誘導素子１５８とサセプタ装置１１０との間のエネルギー伝達にとって有利である。上述のスイッチング装置は、共振回路１５０が変化する負荷条件下で共振周波数でそれ自体を駆動することを可能にするので有利である。これが意味することは、共振回路１５０の特性が変化する場合（例えば、サセプタ１１０が存在するか否か、またはサセプタの温度が変化する場合、またはサセプタ素子１１０の物理的移動でさえも）、共振回路１５０の動的性質は、その共振点を最適な様式でエネルギーを伝達するように連続的に適合させ、したがって、共振回路１５０が常に共振で駆動されることを意味する。さらに、共振回路１５０の構成は、スイッチングを行うためにＭＯＳＦＥＴのゲートに制御電圧信号を印加するために外部コントローラなどを必要としないようなものである。
上述の例では、ゲート端子Ｇには、ソース電圧Ｖ１用の電源とは異なる第２の電源を介してゲート電圧が供給される。しかしながら、いくつかの例では、ゲート端子には、ソース電圧Ｖ１と同じ電圧源が供給され得る。そのような例では、回路１５０内の第１の点１５９、第２の点１６０、および第３の点１６５は、たとえば、電圧調整器１５４からの同じ電力レ－ル出力に接続され得る。そのような例では、回路の構成要素の特性は、説明されたスイッチング動作が行われることを可能にするように選択されなければならないことが理解されよう。例えば、ゲート供給電圧およびダイオードしきい値電圧は、回路の振動が適切なレベルでＭＯＳＦＥＴのスイッチングをトリガするように選択されるべきである。ゲート供給電圧Ｖ２とソース電圧Ｖ１とに別個の電圧値を与えることにより、回路のスイッチング機構の動作に影響を与えることなく、ソース電圧Ｖ１をゲート供給電圧Ｖ２とは無関係に変化させることができる。
回路１５０の共振周波数ｆ０は、ＭＨｚ範囲内、例えば０.５ＭＨｚ～４ＭＨｚの範囲内、例えば２ＭＨｚ～３ＭＨｚの範囲内であってよい。共振回路１５０の共振周波数ｆ０は、上述したように、回路１５０のインダクタンスＬおよびキャパシタンスＣに依存し、インダクタンスＬおよびキャパシタンスＣは、誘導素子１５８、コンデンサ１５６、さらにはサセプタ装置１１０に依存することが理解されよう。したがって、回路１５０の共振周波数ｆ０は、実装形態ごとに異なり得る。例えば、周波数は、０.１ＭＨｚ～４ＭＨｚの範囲内、または０.５ＭＨｚ～２ＭＨｚの範囲内、または０.３ＭＨｚ～１.２ＭＨｚの範囲内であり得る。他の例では、共振周波数は、上記で説明した範囲とは異なる範囲内にあり得る。一般に、共振周波数は、サセプタ装置１１０を含む使用される構成要素の電気的及び／又は物理的特性などの回路の特性に依存する。
共振回路１５０の特性は、所与のサセプタ装置１１０についての他の要因に基づいて選択され得ることも理解されよう。例えば、誘導素子１５８からサセプタ装置１１０へのエネルギーの伝達を改善するために、サセプタ装置１１０の材料特性に基づいて、表皮深さ（すなわち、少なくとも周波数の関数である、１／ｅだけ電流密度が低下するサセプタ装置１１０の表面からの深さ）を選択することが有用であり得る。表皮深さは、サセプタ装置１１０の異なる材料によって異なり、駆動周波数が増加するにつれて減少する。一方、例えば、電子機器内で熱として失われる共振回路１５０および／または駆動要素に供給される電力の割合を低減するために、比較的低い周波数でそれ自体を駆動する回路を有することが有益であり得る。この例では駆動周波数は共振周波数に等しいので、駆動周波数に関するここでの考慮は、例えばサセプタ装置１１０を設計することによって、及び／又は特定のキャパシタンスを有するコンデンサ１５６及び特定のインダクタンスを有する誘導素子１５８を使用することによって、適切な共振周波数を得ることに関してなされる。したがって、いくつかの例では、これらの要因の間の妥協が、適切におよび／または所望に応じて選択され得る。
図５の共振回路１５０は、電流Ｉが最小化され、動的インピーダンスが最大化される共振周波数ｆ０を有する。共振回路１５０は、この共振周波数でそれ自体を駆動し、したがって、インダクタ１５８によって生成される振動磁場は最大であり、誘導素子１５８によるサセプタ装置１１０の誘導加熱は最大になる。
電圧調整器１５４は、共振回路１５０によるサセプタ装置１１０の誘導加熱が、共振回路１５０に供給される供給電圧Ｖ１を制御することによって制御されることを可能にする。供給電圧Ｖ１を制御することは、次に、共振回路１５０内を流れる電流を制御し、したがって、共振回路１５０によってサセプタ装置１１０に伝達されるエネルギー、したがってサセプタ装置１１０が加熱される程度を制御することができる。いくつかの例では、サセプタ装置１１０の温度が監視されてもよく、サセプタ装置１１０がより高いまたはより低い程度に加熱されるべきかどうかの決定が行われてもよい。それに応じて所望の加熱出力を決定することができる。次に、共振回路１５０に供給されるＤＣ電圧Ｖ１の大きさを変更するために電圧調整器１５４を使用することによって、所望の加熱電力を供給することができる。サセプタ装置１１０を加熱するために加熱回路１５０に供給される実際の電力は、例えば、ＤＣ電圧Ｖ１と、共振回路１５０によって引き出される電流（例えば、電流検出抵抗器の使用によって決定される）とに基づいて決定されてもよい。
上述のように、共振回路１５０のインダクタンスＬは、サセプタ装置１１０の誘導加熱のために配置される誘導素子１５８によって提供される。共振回路１５０のインダクタンスＬの少なくとも一部は、サセプタ装置１１０の透磁率によるものである。したがって、インダクタンスＬ、したがって共振回路１５０の共振周波数ｆ０は、使用される特定のサセプタ（複数可）および誘導素子（複数可）１５８に対するその位置決めに依存することがあり、それは時々変化することがある。さらに、サセプタ装置１１０の透磁率は、サセプタ１１０の温度の変化に伴って変化してもよい。
図６は、共振回路２５０の第２の例を示す。第２の共振回路２５０は、共振回路１５０と同じ構成要素の多くを備え、共振回路１５０、２５０の各々における同様の構成要素には同じ参照番号が与えられ、再度詳細に説明されない。
第２回路２５０は、第２回路２５０がダイオードｄ１、ｄ２を含まない点で第１回路１５０と異なり、ダイオードｄ１、ｄ２を介して、トランジスタＭ１，Ｍ２の各々のゲート端子Ｇ１，Ｇ２は、トランジスタＭ１，Ｍ２の他方のドレイン端子Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ接続される。第１回路１５０に含まれるダイオードｄ１、ｄ２の代わりに、第２回路２５０は、第３のＭＯＳＦＥＴＭ３および第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４を備える。
第２回路２５０において、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲートＧ１は、第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３を介して第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレインＤ２に接続されている。第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のゲートＧ２は、同様に、第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４を介して第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレインＤ１に接続される。制御電圧Ｖ２は、点１６５から第３のＭＯＳＦＥＴＭ３および第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４の両方のゲート端子Ｇ３、Ｇ４に供給される。図６によって表される例などの例では、第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ４のゲート端子Ｇ３、Ｇ４は、電気導体、たとえば電気トラックを介して互いに接続され、電圧Ｖ２が電気導体上の点に供給される。第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ４の各々は、しきい値電圧よりも高い電圧がそのゲート端子Ｇ３、Ｇ４に印加されると、それぞれのＭＯＳＦＥＴ Ｍ３、Ｍ４が「オン」にされて、電流がそのドレイン端子からそのソース端子に流れることができるようなゲートしきい値電圧を有することが理解されよう。例では、電圧Ｖ２は、制御電圧Ｖ２を印加することが第３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ３、Ｍ４をオン状態にするように、第３および第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３、Ｍ４のしきい値電圧よりも大きい。一例では、第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３の閾値電圧は、第４のＭＯＳＦＥＴＭ４の閾値電圧に等しい。いくつかの例では、第２の回路２５０は、第１および第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２のゲートＧ１，Ｇ２と接地との間に接続された１つまたは複数のプルダウン抵抗器（図６には図示せず）を備え得る。
第２の回路２５０は、自励発振回路として動作し、図５を参照して第１の例示的な回路１５０を参照して説明した方法で、変動電流を誘導素子１５８に流す。ダイオードｄ１、ｄ２ではなくＭＯＳＦＥＴＭ３、Ｍ４を使用することによる第１の例示的な回路１５０の挙動との第２回路２５０の挙動の差は、以下の説明から明らかになるであローう。
次に、誘導素子１５８を流れる電流を変化させる第２の回路２５０のスイッチング手順について説明する。
第３及び第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３，Ｍ４のゲートＧ３，Ｇ４に電圧Ｖ２が印加されると、第３及び第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３，Ｍ４がオンする。この時点で電圧Ｖ１を仮定すると、第１、第２、第３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ１～Ｍ４の各々はオン状態にある。この時点で、ノードＡおよびＢの電圧は降下し始める。例えば、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１～Ｍ４間の抵抗の差、または回路内に存在するインダクタの値の特性など、特定の不均衡が回路２５０内に存在し得る。これらの不均衡は、ノードＡまたはＢの一方における電圧が、これらのノードＡ、Ｂの他方における電圧よりも速く降下し始めるように作用する。電圧が最も速く降下するノードＡ、Ｂに対応するＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２は、オン状態のままである。ノードＡ，Ｂの他方に対応するＭＯＳＦＥＴ Ｍ１，Ｍ２の他方はオフ状態に切り換えられる。以下では、ノードＡの電圧が振動し始め、ノードＢの電圧が０のままである状況について説明する。しかし、同様に、ノードＡの電圧が０ボルトのままである間に発振を開始するのはノードＢの電圧である場合がある。
ノードＡの電圧が上昇すると、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレイン端子Ｄ１は導線を介してノードＡに接続されているので、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のドレイン端子Ｄ１の電圧も上昇する。同時に、ノードＢにおける電圧は低く保持され、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレイン端子Ｄ２における電圧は対応して低い（第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のドレイン端子Ｄ２は、この例では、導線を介してノードＢに直接接続されている）。
第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のノードＡおよびドレインＤ１の電圧が上昇すると、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲートＧ２の電圧が上昇する。これは、ドレインＤ１が第４のＭＯＳＦＥＴＭ４を介して第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲートＧ２に接続され、第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４がそのゲート端子Ｇ４に印加される電圧Ｖ２により「オン」になることによる。
第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレインＤ１における電圧が上昇すると、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲートＧ２における電圧は、最大電圧値Ｖｍａｘに達するまで上昇し続ける。第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のゲートＧ２において到達される最大電圧値Ｖｍａｘは、制御電圧Ｖ２および第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ４のゲートソース電圧（ＶｇｓＭ４）に依存する。最大値Ｖｍａｘは、Ｖｍａｘ＝Ｖ２－ＶｇｓＭ４と表すことができる。
回路２５０の共振周波数での発振の半サイクル後、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレインＤ１における電圧は減少し始める。第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のドレインＤ１における電圧は、０Ｖに達するまで低下する。この時点で、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１は「オフ」から「オン」に変わり、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２は「オン」から「オフ」に変わる。
次に、回路は、ノードＢが自由に発振する間ノードＡが０ボルトのままであることを除いて、上述と同様の方法で発振し続ける。すなわち、第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のドレインＤ２およびノードＢにおける電圧は上昇し始めるが、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のドレインＤ１およびノードＡにおける電圧は０のままである。
ノードＢおよび第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレインＤ２における電圧が上昇すると、ドレインＤ２が第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３を介して第１のＭＯＳＦＥＴＭ１のゲートＧ１に接続され、第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３がそのゲート端子Ｇ３に印加される電圧Ｖ２により「オン」であるため、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲートＧ１における電圧が上昇する。
第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレインＤ２における電圧が上昇すると、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲートＧ１における電圧は、最大電圧値Ｖｍａｘに達するまで上昇し続ける。ゲートＧ１において到達される最大電圧値Ｖｍａｘは、制御電圧Ｖ２および第３のＭＯＳＦＥＴＭ３のゲートソース電圧（ＶｇｓＭ３）に依存する。最大値Ｖｍａｘは、Ｖｍａｘ＝Ｖ２－ＶｇｓＭ３で表すことができる。この例では、第３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ３、Ｍ４のゲートソース電圧は互いに等しく、すなわちＶｇｓＭ３＝ＶｇｓＭ４である。
第２の回路２５０の共振周波数での発振の半サイクル後、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のドレインＤ２における電圧は減少し始める。第２のＭＯＳＦＥＴＭ２のドレインＤ２における電圧は、０Ｖに達するまで低下する。この時点で、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２は「オフ」から「オン」に変わり、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１は「オン」から「オフ」に変わる。
第１の例示的な回路１５０を参照して説明したように、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオン状態にあり、第１のＭＯＳＦＥＴ Ｍ１がオフ状態にあるとき、電流は、電源Ｖ１から第１のチョーク１６１および誘導素子１５８を通って引き出される。第１のＭＯＳＦＥＴＭ１がオン状態にあり、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオフ状態にあるとき、電流は、電源Ｖ１から第２のチョーク１６２および誘導素子１５８を通って引き出される。したがって、第２の例示的な回路２５０は、第１の例示的な回路１５０について説明したのと同じように発振し、電流の方向は、回路２５０の各スイッチング動作とともに反転する。
いくつかの例では、第３および第４のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３、Ｍ４の使用は、より低いエネルギー損失を可能にし得るので有利であり得る。すなわち、第１の例示的な回路１５０は、プルアップ抵抗器１６３、１６４を通って接地１５１に引き出されるいくらかの電流による抵抗損失をもたらし得る。例えば、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１がオン状態にあるとき、第２のダイオードｄ２は順方向バイアスされ、したがって、小さい電流が第２のプルアップ抵抗器１６４を通して引き出され得、抵抗損失をもたらす。同様に、第２のＭＯＳＦＥＴＭ２がオン状態にあるとき、第１のプルアップ抵抗器１６３を通して引き出される電流による抵抗損失が存在し得る。例における第２の例示的な回路は、抵抗器１６３、１６４を省略することができる。第２の例示的な回路２５０は、第３および第４のＭＯＳＦＥＴＭ３、Ｍ４をプルアップ抵抗器１６３、１６４およびダイオードｄ１、ｄ２で置き換えることによって、そのような損失を低減し得る。たとえば、第２の例示的な回路２５０では、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１がオフ状態にあるとき、第３のＭＯＳＦＥＴ Ｍ３を通して引き込まれる電流は、本質的に０であり得る。同様に、第２の例示的な回路２５０では、第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２がオフ状態にあるとき、第４のＭＯＳＦＥＴＭ４を通って引き出される電流は本質的に０であり得る。したがって、抵抗損失は、第２の回路２５０に示される構成を使用することによって低減され得る。さらに、第１のＭＯＳＦＥＴＭ１および第２のＭＯＳＦＥＴ Ｍ２のゲートＧ１，Ｇ２を充電および放電するためにエネルギーが必要とされ得る。第２回路２５０は、このエネルギーがノードＡおよびＢから効果的に供給されるようにすることができる。
２つのチョークインダクタ１６１、１６２を備える上記の例示的な回路が説明された。別の例では、例示的な誘導加熱回路は、１つのチョークインダクタのみを備えてもよい。そのような例示的な回路では、インダクタコイル１５８は「センタータップ」され得る。
図７は、第１の例示的な回路１５０の変形である第３の例示的な回路３５０を示し、コイル１５８はセンタータップコイルであり、単一のチョークインダクタ４６１が第１および第２のチョークインダクタ１６１、１６２に取って代わる。この場合も、図５に示す回路１５０内の構成要素と同じ構成要素には、図７において同じ参照番号が与えられている。
第３回路３５０において、電圧Ｖ１は、チョークインダクタ４６１を介してインダクタコイル１５８の中心に、第１の例示的な回路１５０における第１および第２の点１５９、１６０とは対照的に単一の点４５９で印加される。第１および第２の例示的な回路１５０、２５０のように、回路の共振振動によって回路の電流の方向が変化するときに、第１のチョーク１６１および第２のチョーク１６２を通して電流が交互に引き出されるのではなく、回路３５０の電流振動がＭＯＳＦＥＴＭ１，Ｍ２のスイッチング動作によって方向を変化させるときに、単一のチョークインダクタ４６１を通して電流が引き出され、インダクタ１５８の第１の部分１５８ａおよびインダクタ１５８の第２の部分１５８ｂを通して交互に引き出される。第３回路３５０は、他の点では第１回路１５０と同等に動作する。
第４の例示的な回路を図８に示す。この場合も、図５に示す回路１５０内の構成要素と同じ構成要素には、図８において同じ参照番号が与えられている。第４の回路４５０は、第３の回路３５０の単一のキャパシタ１５６を備えるのではなく、第４の回路４５０に第１のキャパシタ１５６ａおよび第２のキャパシタ１５６ｂが設けられるという点で、第３の回路３５０とは異なる。第４の回路４５０は、第３の回路３５０と同様に、第１の部分１５８ａおよび第２の部分１５８ｂを備えるインダクタを有するセンタータップ構成を備える。電圧Ｖ１は、チョークインダクタ４６１を介してインダクタコイル１５８の中心に印加され（図７の構成のように）、さらに、インダクタコイル１５８の中心は、第１のキャパシタ１５６ａと第２のキャパシタ１５６ｂとの間の点に電気的に接続される。したがって、２つの隣接する回路ループが提供され、一方は第１のインダクタ部分１５８ａおよび第１のキャパシタ１５６ａを備え、他方は第２のインダクタ部分１５８ｂおよび第２のキャパシタ１５６ｂを備える。第４回路４５０は、他の点では第３回路３５０と同等に動作する。
図７および図８を参照して説明したセンタータップ構成は、図６を参照して説明したように、ダイオードの代わりに第３および第４のＭＯＳＦＥＴを使用する構成に同様に適用することができる。回路を組み立てるのに必要な部品の数を減らすことができるので、センタータップ構成の使用は有利である。例えば、チョークインダクタの数を２つから１つに減らすことができる。
本明細書に記載の例では、サセプタ装置１１０は消耗品内に収容され、したがって交換可能である。例えば、サセプタ装置１１０は使い捨てであってもよく、例えば、加熱するように構成されるエアロゾル生成材料１１６と一体化されてもよい。共振回路１５０は、回路が共振周波数で駆動されることを可能にし、サセプタ装置１１０が交換されるときに、異なるサセプタ装置１１０間の構造及び／又は材料タイプの差、及び／又は誘導素子１５８に対するサセプタ装置１１０の配置の差を自動的に考慮する。さらに、共振回路１５０は、特定の誘導素子１５８、または実際には使用される共振回路１５０の任意の構成要素にかかわらず、共振でそれ自体を駆動するように構成される。これは、サセプタ装置１１０に関してだけでなく、回路１５０の他の構成要素に関しても、製造における変動に対応するのに特に有用である。例えば、共振回路１５０は、異なる値のインダクタンスを有する異なる誘導素子１５８の使用、及び／又はサセプタ装置１１０に対する誘導素子１５８の配置の差にかかわらず、回路が共振周波数で自身を駆動し続けることを可能にする。回路１５０はまた、デバイスの寿命にわたって構成要素が交換された場合であっても、共振でそれ自体を駆動することができる。
いくつかの例では、エアロゾル生成デバイス１００は、複数の異なる種類の消耗品と共に使用可能であるように構成され、その消耗品の各々は、他の消耗品とは異なる種類のサセプタ装置を備える。
異なるサセプタ装置は、例えば、異なる材料から形成されてもよく、又は異なる形状若しくは異なるサイズ、又は異なる材料若しくは形状若しくはサイズの異なる組み合わせから形成されてもよい。
使用中、回路１５０の共振周波数は、どのタイプの消耗品がデバイス１００に結合されているか、例えばデバイス１００に挿入されているかにかかわらず、特定のサセプタ装置に依存する。しかしながら、共振回路の誘導素子１５８を通る交流周波数は、回路１５０の自励発振構成に起因して、誘導素子への異なるサセプタ／消耗品の結合によって引き起こされる共振周波数の変化に一致するように自己調整するように構成される。したがって、回路は、サセプタ装置または消耗品の特性にかかわらず、その消耗品がデバイス１００に結合されると、回路１５０の共振周波数で所与のサセプタ装置を加熱するように構成される。
いくつかの例では、エアロゾル生成デバイス１００は、第１のサセプタ装置を有する第１の消耗品を受容するように構成され、デバイスはまた、第１のサセプタ装置とは異なる第２のサセプタ装置を有する第２の消耗品を受容するように構成される。
例えば、デバイス１００は、特定のサイズのアルミニウムサセプタを含む第１の消耗品を受け入れるように構成されてもよく、また、アルミニウムサセプタとは異なる形状及び／又はサイズであってもよい鋼サセプタを含む第２の消耗品を受け入れるように構成されてもよい。
回路１５０内の変動電流は、第１の消耗品がデバイスに結合されたときに共振回路１５０の第１の共振周波数に維持され、第２の消耗品がデバイス１００に結合されたときに共振回路の第２の共振周波数に維持される。
例におけるエアロゾル生成デバイス１００は、消耗品を受容するための受容部分を備える。収容部は、第１の消耗品または第２の消耗品などの複数の種類の消耗品を収容するように構成されてもよい。図１は、エアロゾル生成デバイス１００の受容部分１３０に受容されるように概略的に示される消耗品１２０を受容したエアロゾル生成デバイス１００を示す。受容部分１３０は、デバイスの本体１１２内の空洞またはチャンバであってもよい。消耗品１２０が受容部分１３０内にあるとき、消耗品１２０のサセプタ装置１１０は、誘導素子１５８による誘導結合及び加熱のために近接して配置される。
デバイス１００は、異なる形状の複数の異なる消耗品を受け入れるように構成されてもよい。
例では、上述のように、誘導素子１５８は導電性コイルである。そのような例では、消耗品のサセプタ装置の少なくとも一部は、コイル内に受け入れられるように構成されてもよい。これは、サセプタ装置と誘導素子との間に効率的な誘導結合を提供し、したがって、サセプタ装置の効率的な加熱を提供することができる。
次に、共振回路１５０を備えるエアロゾル生成デバイス１００の動作について、一例に従って説明する。デバイス１００がオンにされる前に、デバイス１００は「オフ」状態にあってもよく、すなわち、共振回路１５０に電流は流れない。デバイス１００は、例えばユーザがデバイス１００をオンにすることによって、「オン」状態に切り替えられる。デバイス１００のスイッチをオンにすると、回路１４０は、電圧が電圧調整器１５４を介して加熱回路１５０に供給され、誘導素子１５８を通る電流が共振周波数ｆ０で変化するように、電圧源１０４から電流を引き出し始める。デバイス１００は、さらなる入力が制御構成１０６によって受信されるまで、例えば、ユーザがもはやボタン（図示せず）を押さなくなるまで、または吸煙検出器（図示せず）がもはや起動されなくなるまで、または最大加熱持続時間が経過するまで、オン状態のままであり得る。共振周波数ｆ０で駆動される共振回路１５０は、交流電流Ｉを共振回路１５０及び誘導素子１５８に流し、従って、所与の電圧に対してサセプタ装置１１０を誘導加熱する。サセプタ装置１１０が誘導加熱されると、その温度（したがって、エアロゾル生成材料１１６の温度）が上昇する。この例では、サセプタ装置１１０（及びエアロゾル生成材料１１６）は、定常温度ＴＭＡＸに達するように加熱される。温度ＴＭＡＸは、実質的な量のエアロゾルがエアロゾル生成材料１１６によって生成する温度以上である温度であってもよい。温度ＴＭＡＸは、例えば約２００℃と約３００℃との間であってもよい（ただし、当然ながら、材料１１６、サセプタ装置１１０、デバイス１００全体の構成、ならびに／または他の要件および／もしくは条件に応じて異なる温度であってもよい）。したがって、デバイス１００は「加熱」状態またはモードにあり、エアロゾル生成材料１１６は、エアロゾルが実質的に生成されているか、または相当量のエアロゾルが生成されている温度に達する。すべてではないにしてもほとんどの場合、サセプタ装置１１０の温度が変化すると、共振回路１５０の共振周波数ｆ０も変化することを理解されたい。これは、サセプタ装置１１０の透磁率が温度の関数であり、上述したように、サセプタ装置１１０の透磁率が誘導素子１５８とサセプタ装置１１０との間の結合、したがって共振回路１５０の共振周波数ｆ０に影響を及ぼすためである。
本開示は、ＬＣ並列回路構成がサセプタ装置１１０を加熱するために電力供給される構成を主に説明する。上述のように、共振時のＬＣ並列回路では、インピーダンスは最大であり、電流は最小である。最小である電流は、一般に、並列ＬＣループの外側、例えばチョーク１６１の左側またはチョーク１６２の右側で観測される電流を指すことに留意されたい。逆に、直列ＬＣ回路では、電流は最大であり、一般的に言えば、回路内の特定の電気部品への損傷を防止するために電流を安全な値に制限するために抵抗器を挿入することができる。これは、エネルギーが抵抗器を介して失われるので、回路の効率を低下させる可能性がある。共振で動作する並列回路は、そのような制限を有さなくてもよい。
いくつかの例では、サセプタ装置１１０はアルミニウムを含むか、またはアルミニウムからなる。アルミニウムは非鉄材料の一例であり、したがって１に近い比透磁率を有する。これが意味することは、アルミニウムが印加された磁界に応答して一般に低い磁化度を有することである。したがって、特にエアロゾル供給システムで使用されるような低電圧でアルミニウムを誘導加熱することは一般に困難であると考えられてきた。共振周波数で回路を駆動することは、誘導素子１５８とサセプタ装置１１０との間の最適な結合を提供するので有利であることも一般的に分かっている。アルミニウムについては、共振周波数からのわずかな偏差が、サセプタ装置１１０と誘導素子１５８との間の誘導結合の顕著な低減を引き起こし、したがって、加熱効率の顕著な低減（場合によっては、加熱がもはや観察されない程度まで）を引き起こすことが観察される。上述したように、サセプタ装置１１０の温度が変化すると、回路１５０の共振周波数も変化する。したがって、サセプタ装置１１０がアルミニウムなどの非鉄サセプタを含むかまたはそれからなる場合、本開示の共振回路１５０は、回路が常に（任意の外部制御機構から独立して）共振周波数で駆動されるという点で有利である。これは、最大の誘導結合、したがって最大の加熱効率が常に達成され、アルミニウムを効率的に加熱することができることを意味する。アルミニウムサセプタを含む消耗品が、閉電気回路を形成し、かつ／または５０ミクローン未満の厚さを有するアルミニウムラップを含む場合に、消耗品を効率的に加熱できることが見出された。
サセプタ装置１１０が消耗品の一部を形成する例では、消耗品は、その全体が参照により本明細書に組み込まれるＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０７０１７８に記載されている形態をとることができる。
上述のいくつかの例は、その共振周波数で自己駆動するように構成される回路を含むが、上述の概念は、共振周波数で駆動されるように構成されていない誘導加熱回路にも適用可能である。例えば、上述の原理は、回路の共振周波数でなくてもよい所定の周波数で駆動される誘導加熱回路において使用されてもよい。１つのそのような例では、誘導加熱回路は、複数のＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング機構を備えるＨブリッジを介して駆動され得る。Ｈブリッジは、マイクロコントローラによって設定されたＨブリッジのスイッチング周波数でインダクタコイルに交流電流を供給するためにＤＣ電圧を使用するように、マイクロコントローラなどを介して制御することができる。
上述した例では、電圧調整器は、ＤＣ電圧源からの電圧を降圧するように構成されるバックレギュレータであるが、他の例では、電圧調整器は、ＤＣ電圧源の出力電圧よりも大きい電圧を出力する、すなわち電圧を昇圧するように構成されるブーストレギュレータであってもよい。このタイプの電圧調整器は、ブーストレギュレータと呼ばれることがある。さらに他の例では、電圧調整器は、電圧を上げることと電圧を下げることの両方のための機能を提供するように構成されてもよく、すなわち、電圧調整器は、電圧源からの入力電圧よりも小さいおよび大きい電圧の範囲を出力するように制御可能であってもよい。このタイプの電圧調整器は、バック／ブーストレギュレータ、またはバック／ブーストコンバ－タと呼ばれることがある。
本明細書に記載される特定の例は、「送達システム」または送達システムの一部を形成し得る。特定の例では、送達システムは、「不燃性」エアロゾル供給システムであってもよく、これは不燃性エアロゾル生成システムとも呼ばれ得る。本開示によれば、不燃性エアロゾル供給システムは、ユーザへの少なくとも１つの物質の送達を促進するために、エアロゾル供給システムの構成エアロゾル生成材料（またはその構成要素）が燃焼されないか、または燃焼されるものである。
いくつかの例では、不燃性エアロゾル供給システムは、ベイピング装置または電子ニコチン送達システム（ＥＮＤ）としても知られる電子たばこであるが、エアロゾル生成材料中のニコチンの存在は要件ではないことに留意されたい。
いくつかの例では、不燃性エアロゾル供給システムは、熱非燃焼システムとしても知られるエアロゾル生成材料加熱システムである。そのようなシステムの例は、タバコ加熱システムである。
いくつかの例において、不燃性エアロゾル供給システムは、エアロゾル生成材料の組み合わせを使用してエアロゾルを生成させるためのハイブリッドシステムであり、その１つまたは複数は加熱されてもよい。エアロゾル生成材料のそれぞれは、例えば、固体、液体またはゲルの形態であってもよく、ニコチンを含有してもしなくてもよい。いくつかの例では、ハイブリッドシステムは、液体またはゲルエアロゾル生成材料および固体エアロゾル生成材料を含む。固体エアロゾル生成材料は、例えば、タバコまたは非タバコ製品を含みうる。
典型的には、不燃性エアロゾル供給システムは、不燃性エアロゾル供給装置と、不燃性エアロゾル供給装置と共に使用するための消耗品とを備えてもよい。
上記のように、エアロゾル供給システムは、本明細書ではエアロゾル生成システムと呼ばれることがあり、さらに、エアロゾル供給装置は、本明細書ではエアロゾル生成デバイスと呼ばれることがある。
いくつかの例では、本開示は、エアロゾル生成材料を含み、不燃性エアロゾル供給装置と共に使用されるように構成される消耗品に関する。これらの消耗品は、本開示全体を通して物品又はエアロゾル生成物品と呼ばれることがある。
いくつかの例では、不燃性エアロゾル供給システムは、消耗品を受容するための領域、エアロゾル生成器、エアロゾル生成領域、ハウジング、マウスピース、フィルターおよび／またはエアロゾル変性剤を含み得る。
いくつかの例では、不燃性エアロゾル供給装置と共に使用するための消耗品は、エアロゾル生成材料、エアロゾル生成材料貯蔵領域、エアロゾル生成材料移動構成要素、エアロゾル生成器、エアロゾル生成領域、ハウジング、ラッパー、フィルター、マウスピース、および／またはエアロゾル変性剤を含み得る。
いくつかの例では、送達される物質は、エアロゾル生成材料またはエアロゾル化されることを意図しない材料であってもよい。必要に応じて、いずれかの材料は、１つ以上の活性成分、１つ以上の香味料、１つ以上のエアロゾル形成材料、および／または１つ以上の他の機能性材料を含んでもよい。
エアロゾル生成材料は、例えば加熱され、照射され、または任意の他の方法でエネルギーを与えられたときに、エアロゾルを生成することができる材料である。エアロゾル生成材料は、例えば、活性物質および／または風味剤を含有してもしなくてもよい固体、液体またはゲルの形態であってもよい。いくつかの例では、エアロゾル生成材料は「非晶質固体」を含んでもよく、これは代替的に「モノリシック固体」（すなわち、「モノリシック固体」）と呼ばれてもよい。非繊維状）。いくつかの例において、非晶質固体は乾燥ゲルであってもよい。非晶質固体は、その中に液体などの何らかの流体を保持することができる固体材料である。いくつかの例では、エアロゾル生成材料は、例えば、約５０重量％、６０重量％または７０重量％の非晶質固体から、約９０重量％、９５重量％または１００重量％の非晶質固体を含んでもよい。
エアロゾル生成材料は、１つ以上の活性物質および／または香味料、１つ以上のエアロゾル形成材料、ならびに任意選択的に１つ以上の他の機能性材料を含み得る。
材料は、支持体上または支持体内に存在して、基板を形成してもよい。支持体は、例えば、紙、カード、板紙、厚紙、再構成材料、プラスチック材料、セラミック材料、複合材料、ガラス、金属、または金属合金であってもよく、またはそれらを含んでもよい。いくつかの例では、支持体はサセプタを含む。いくつかの例では、サセプタは材料内に埋め込まれる。いくつかの代替例では、サセプタは、材料の片側または両側にある。
消耗品は、エアロゾル生成材料を含むかまたはそれからなる物品であり、その一部またはすべては、使用者による使用中に消費されることが意図される。消耗品は、エアロゾル生成材料貯蔵領域、エアロゾル生成材料移動構成要素、エアロゾル生成領域、ハウジング、ラッパー、マウスピース、フィルターおよび／またはエアロゾル変性剤などの１つまたは複数の他の構成要素を含み得る。消耗品はまた、使用時にエアロゾル生成材料にエアロゾルを生成させるために熱を放出するヒーターなどのエアロゾル生成器を含んでもよい。ヒ－タは、例えば、可燃性材料、電気伝導によって加熱可能な材料、又はサセプタを含むことができる。
サセプタは、交番磁場などの変動磁界の侵入によって加熱可能な材料である。サセプタは、導電性材料であってもよく、その結果、変動磁界によるその貫通は、加熱材料の誘導加熱を引き起こす。加熱材料は磁性材料であってもよく、その結果、変化する磁場による加熱材料の貫通は、加熱材料の磁気ヒステリシス加熱を引き起こす。サセプタは、導電性および磁性の両方であり得、その結果、サセプタは、両方の加熱機構によって加熱可能である。変動磁界を生成するように構成されるデバイスは、本明細書では誘導素子と呼ばれるが、磁場発生器と呼ばれることもある。
エアロゾル生成器は、エアロゾル生成材料からエアロゾルを生成させるように構成される装置である。本開示の例において、エアロゾル生成器は、エアロゾル生成材料から１つまたは複数の揮発性物質を放出してエアロゾルを形成するように、エアロゾル生成材料を熱エネルギーにさらすように構成される。
上記の実施例は、本発明の例示的な実施例として理解されるべきである。任意の１つの実施例に関して説明される任意の特徴は、単独で、または説明される他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、また、任意の他の実施例の１つ以上の特徴と組み合わせて、または任意の他の他の実施例の任意の組み合わせで使用されてもよいことを理解されたい。さらに、添付の特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、上記で説明されていない均等物および修正形態も採用され得る。

Claims (19)

  1. エアロゾル生成材料を加熱し、それによってエアロゾルを生成させるように配置されるサセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導加熱回路であって、
    変動電流が流れるときに前記サセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導素子、及び、
    第１のＤＣ電圧が前記誘導加熱回路に供給されるときに前記変動電流を前記誘導素子に流すためのスイッチング装置、を備える前記誘導加熱回路と、
    電圧源から入力電圧を受け取り、前記誘導加熱回路の両端に前記第１のＤＣ電圧を出力するように構成される電圧調整器と、
    前記電圧調整器によって出力される前記第１のＤＣ電圧を調整し、それによって、前記サセプタ装置を加熱するための前記加熱回路に供給される電力を調整するように構成される制御装置と、
    を備える、エアロゾル生成デバイスのための装置。
  2. 前記制御装置は、前記電圧調整器へ入力される前記電圧の特性を制御することによって、前記電圧調整器によって出力される前記第１のＤＣ電圧を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
  3. 前記電圧調整器への前記入力電圧の前記特性は、前記入力電圧のデューティサイクルである、請求項２に記載の装置。
  4. 前記電圧調整器は、前記第１のＤＣ電圧が前記入力電圧よりも低くなるように、前記電圧調整器への前記入力電圧が降圧されることを可能にするように構成される、請求項１～３のいずれか一項に記載の装置。
  5. 前記電圧調整器は、前記第１のＤＣ電圧が前記入力電圧よりも大きくなるように、前記電圧調整器への前記入力電圧が昇圧されることを可能にするように構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記制御装置は、前記加熱回路に以前に供給された前記電力の決定された値に基づいて、前記電圧調整器によって前記誘導加熱回路に供給される前記第１のＤＣ電圧を調整するように構成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
  7. 前記制御装置は、前記サセプタ装置の決定された温度に基づいて、前記電圧調整器によって出力される前記第１のＤＣ電圧を調整するように構成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記誘導加熱回路が共振ＬＣ回路を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の装置。
  9. 前記共振ＬＣ回路は、前記誘導素子と並列に配置される容量素子を含む並列ＬＣ回路である、請求項８に記載の装置。
  10. 前記共振ＬＣ回路は、前記ＬＣ共振回路の共振周波数で動作して前記サセプタ装置を加熱するように構成されている、請求項８又は９に記載の装置。
  11. 前記スイッチング装置は、前記誘導素子を通る前記変動電流を生じさせるために第１の状態と第２の状態とを交互に切り替えるように構成され、前記スイッチング装置は、前記共振回路内の電圧振動に応答して前記第１の状態と前記第２の状態とを交互に切り替えるように構成される、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記共振回路内の前記電圧振動は、前記スイッチング装置を前記第１の状態と前記第２の状態との間で切り替えさせ、それによって前記誘導素子を通る前記電流を前記共振回路の前記共振周波数で変化させるように作用する、請求項１０に従属する場合の請求項１１に記載の装置。
  13. 温度決定器を備え、前記温度決定器は、前記電圧調整器によって前記加熱回路に供給される前記第１のＤＣ電圧及び前記加熱回路の１つ以上の電気的特性に基づいて、前記サセプタ装置の温度を決定するように構成される、請求項１～１２のいずれか一項に記載の装置。
  14. 前記加熱回路の前記１つ以上の電気的特性は、
    前記加熱回路が動作している周波数と、
    前記加熱回路によって引き出される電流と、
    前記加熱回路のインピーダンスと、の１つ以上を含む、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記電圧調整器が前記入力電圧を受け取る前記電圧源は、ＤＣ電圧源である、請求項１～１４のいずれか一項に記載の装置。
  16. 請求項１～１５のいずれか一項に記載の装置を含む、エアロゾル生成デバイス。
  17. 請求項１６に記載のエアロゾル生成デバイスと、前記誘導素子によって加熱され、それによって前記エアロゾル生成材料を加熱してエアロゾルの流れを発生させるように配置されるサセプタ装置と、を備えるエアロゾル生成システム。
  18. 前記サセプタ装置は、前記エアロゾル供給装置とは別個の構成要素内に設けられ、前記エアロゾル供給装置と解放可能に係合するように構成される、請求項１７に記載のエアロゾル生成システム。
  19. エアロゾル生成デバイスと、前記エアロゾル生成デバイスによって加熱され、それによってエアロゾル生成材料を加熱してエアロゾルの流れを発生させるように配置されるサセプタ装置とを備えるエアロゾル生成システムを動作させる方法であって、前記エアロゾル生成デバイスは、
    前記サセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導加熱回路であって
    変動電流が流れるときに前記サセプタ装置を誘導加熱するように構成される誘導素子と、
    第１のＤＣ電圧が前記誘導加熱回路に供給されるときに前記変動電流を前記誘導素子に流すためのスイッチング装置と、を備える前記誘導加熱回路と、
    電圧源から入力電圧を受け取り、前記誘導加熱回路の両端に前記第１のＤＣ電圧を出力するように構成される電圧調整器と、
    制御装置と、を備え、
    前記方法は、前記制御装置によって、前記電圧調整器によって出力される前記第１のＤＣ電圧を調整し、それによって前記サセプタ装置を加熱するために前記加熱回路に供給される電力を調整するステップを含む、方法。
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