JP6591441B2 - 電力およびデータ伝送システムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、一対のワイヤーまたは電気接点を介した電力およびデータの伝送を可能にするシステムおよび方法に関連する。具体的には、本開示は、一対の電気接点を介した充電装置から再充電可能装置への電力およびデータの伝送に関連する。

周波数多重化を使用した、電力およびデータ両方を伝送するための一対のワイヤーまたは線の使用が当技術分野で知られている。データは高周波数伝送を使用して、その一対のワイヤーを介して伝送される。ローパスまたはハイパスフィルターが受信端に用いられ、電力伝送と同時にデータ伝送を可能にする。しかし、この解決策はいつも望ましいとは限らない。具体的には、受信装置が小型かつ安価であることが必要な場合、ローパスまたはハイパスフィルターの要件は望ましくない。これらの構成要素は、装置電子回路に追加的費用を加え、装置内の場所も占める。

一対の電気接点を介して電力およびデータを受け取るための安価で、コンパクトで、信頼できるシステム、装置および方法を提供することが望ましい。

本開示の第一の態様では、ホスト装置からレシーバー装置に電気的接続を介して電力およびデータを伝送するためのシステムであって、

電力およびデータを伝送するように構成されたホスト装置であって、ホスト装置が、データとは異なる時に出力を通して電力を伝送するように構成されたホスト装置と、

ホスト装置の出力に接続可能な入力を持つレシーバー装置であって、レシーバー装置が、受電回路およびデータ受信回路、ならびに入力から受信された信号の電圧に応じて、入力を受電回路またはデータ受信回路に接続するように構成されたスイッチ要素を備えるレシーバー装置とを含むシステムが提供されている。

システムは「時分割多重化」を採用しており、これは周波数分割多重化よりも安価で簡単なソリューションであり、追加的フィルターを必要としない。さらに、本システムは、電力およびデータの専用タイムスロットに依存しないので、ホスト装置とレシーバー装置の間の同期を必要としない。レシーバー装置は、一つ以上の電圧決定に基づいて、いつ電力の代わりにデータが受信されるかを決定する。

第二の態様では、ホスト装置から電力およびデータを受け取るためのレシーバー装置であって、
ホスト装置に接続可能な入力と、
受電回路と、
データ受信回路と、
入力から受信された信号の電圧に応じて、入力を受電回路またはデータ受信回路に接続するように構成されたスイッチ要素とを備えるレシーバー装置が提供されている。

スイッチ要素は、入力の電圧が第一の電圧閾値より高い時に、第一の状態から第二の状態へと切り替えるように構成されうる。スイッチ要素は、入力の電圧が第一の電圧閾値より低い時に、第二の状態から第一の状態へと切り替えるように構成されうる。第二の電圧閾値は、第一の電圧閾値よりも低い場合がある。あるいは、第二の電圧閾値は、第一の電圧閾値と同じでありうる。

第一の状態はデータ受信回路への接続でありうる。第二の状態は受電回路への接続でありうる。あるいは、第一の状態は、単に受電回路への切断でありうる。この場合、データ受信回路が常に入力に接続されうる。次にデータ受信回路は、電力伝送に対応する電圧レベルを決定し、受信されたデータを電力伝送中に廃棄するように構成されうる。

あるいは、第一の状態はデータ受信回路への接続であり、第二の状態はデータ受信回路からの切断でありうる。この場合、受電回路が常に入力に接続されうる。

第二の電圧閾値は、第一の電圧閾値よりも低い場合がある。あるいは、第二の電圧閾値は、第一の電圧閾値と同じでありうる。

第一および第二の電圧閾値は、１〜３０ボルト、有利には２〜８ボルトでありうる。第一の閾値は約４ボルトが好ましい。

データ受信回路は、入力電圧と第三の閾値電圧と比較することにより、データの論理レベルを決定するように構成されうる。データ受信回路は、入力電圧が上昇している時は入力電圧と第三の閾値電圧と、入力電圧が低下している時は第四の閾値と比較することにより、データの論理レベルを決定するように構成されうる。

スイッチ要素は、電圧コンパレータを含みうる。

レシーバー装置は電池式装置でありうる。レシーバー装置はハンドヘルド装置でありうる。

レシーバー装置はエアロゾル発生装置であってもよい。エアロゾル発生装置は、エアロゾル形成基体を受け入れるように構成されうる。エアロゾル発生装置は、エアロゾル形成基体を加熱またはその他の方法で蒸発させて、ユーザーに送達されうるエアロゾルを生成するように構成されうる。エアロゾル発生装置は、電気的に作動する喫煙システムとしうる。エアロゾル発生装置は、ユーザーが単一の手の指の間に持ちやすい、ハンドヘルドのエアロゾル発生装置であることが好ましい。エアロゾル発生装置は実質的に円柱の形状でもよい。

主要装置の長さは約７０ｍｍ〜１２０ｍｍであり、外径は約１０ｍｍ〜２０ｍｍでありうる。

ホスト装置は電池充電装置でありうる。ホスト装置はそれ自体が電池を動力源としうる。ホスト装置は、電池パック、電池を備えた付属品、ＵＳＢが有効化された付属品、ＵＳＢまたはその他のタイプのＡＣアダプタ、自動車充電器／アダプタ、または異なるタイプの電源または付属品でありうる。ホスト装置は、レシーバー装置に電流のパルスとして電力を提供するように構成されうる。ホスト装置によって提供された電流は０〜５アンペアでありうる。

第三の態様では、電気的接続を介して、受電回路およびデータ受信回路を持つレシーバー装置でホスト装置から電力とデータを受け取るための方法であって、
ホスト装置からの電気信号を入力で受信する工程と、
入力で受信された入力信号の電圧と閾値電圧との比較を実施する工程と、
比較の結果に応じて、入力と受電回路またはデータ受信回路を接続または切断する工程とを含む方法が提供されている。

比較を実施する工程は、電気信号が入力で受信されている間に、連続的に有利に実施される。電気信号は、有利には、電源およびデータ両方を含む時間多重信号である。

接続または切断の工程には、受電回路およびデータ受信回路の一つへの接続から、受電回路およびデータ受信回路のもう一方への接続に入力を切り替える工程を含みうる。あるいは、接続または切断の工程には、入力ならびに受電回路およびデータ受信回路の一つのみを接続または切断し、その間、受電回路およびデータ受信回路のもう一方は入力に恒久的に接続されたままになっている工程を含みうる。

ここで本発明の実施形態を、以下の添付図面を参照しながら、例証としてのみではあるが詳細に説明する。

図１は、電気的に作動する喫煙システムの概略図である。 図２は、図１のシステムにおけるレシーバー装置電子回路の一構成の概略図である。 図３は、図２のスイッチ要素の動作を示す流れ図である。 図４は、図１のシステムにおけるレシーバー装置電子回路の代替的構成の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態によるホスト装置１００およびレシーバー装置１０２を含むシステムを示す。この例のホスト装置１００は、電気加熱式の喫煙システム用の充電ユニットである。この例のレシーバー装置１０２は、エアロゾル形成基体を含む喫煙物品１０４を受けるように適合された電気加熱式エアロゾル発生装置である。レシーバー装置は、作動時にエアロゾル形成基体を加熱するためのヒーターを含む。ユーザーは、喫煙物品１０４のマウスピース部分を吸入して、エアロゾルをユーザーの口の中に吸い込む。レシーバー装置１０２は、レシーバー装置の電源を再充電するために、ホスト装置１００のくぼみ１１２内に受け入れられるように構成される。

ホスト装置１００は、第一の電池１０６、制御電子回路１０８、およびレシーバー装置が電気接点１１０と接続している時、第一の電池１０６から、レシーバー装置の第二の電池に電力を提供し、レシーバー装置の電子回路１２８に電気データを提供するように構成された電気接点１１０を備える。電気接点１１０は、くぼみ１１２の底部に隣接して提供されている。くぼみは、レシーバー装置１０２を受けるように構成されている。ホスト装置１００の構成要素は、ハウジング１１６内に格納される。

レシーバー装置１０２は、第二の電池１２６、二次制御電子回路１２８および電気接点１３０を備える。上述のとおり、レシーバー装置１０２は、電気接点１３０がホスト装置１００の電気接点１１０と接触している時に、ホスト装置から動力供給およびデータを受け取るように構成されている。レシーバー装置１０２はさらに、喫煙物品１０４を受けるように構成されたくぼみ１３２を含む。例えば、ブレードヒーターの形態のヒーター１３４は、くぼみ１３２の底部に提供される。使用時、ユーザーがレシーバー装置１０２を起動すると、電力が電池１２６から制御電子回路１２８を経由してヒーター１３４に供給される。ヒーターは、エアロゾル発生物品１０４のエアロゾル形成基体からエアロゾルを発生させるのに十分な標準使用温度に加熱される。レシーバー装置１０２の構成要素は、ハウジング１３６内に格納される。このタイプのレシーバー装置は、例えばＥＰ２１１００３３により詳細に記述されている。

この例では、レシーバー装置１０２は電気加熱式の喫煙装置である。このようなレシーバー装置１０２は小さい（従来的な紙巻たばこのサイズ）が、数分間（一回の喫煙セッションのために一般的にはおよそ７分間）、高電力を送達しなければならない。次に第二の電池を、再充電のためにホスト装置１００に戻す必要がありうる。

この例では、レシーバー装置１０２は多角形断面を持つ。レシーバー装置の外径は、平坦面から反対側の平坦面まで測定すると約１２．７ｍｍ〜約１３．６５ｍｍであり、一方の端から反対側の端まで（すなわち、レシーバー装置の一方の側面にある２つの面の交点から、他方の側面の対応する交点まで）測定すると約１３．４ｍｍ〜約１４．２ｍｍであり、ボタンの上端から反対側の底部平坦面まで測定すると約１４．２ｍｍ〜約１５ｍｍとしうる。レシーバー装置の長さは約８０ｍｍである。

ホスト装置の第一の電池１０６は、それ自体の再充電が必要になる前に、第二の電池１２６を数回再充電するのに十分な電荷を保持するように構成されている。これによって、電気コンセントから再充電する前に、数回の喫煙セッションが可能なポータブルシステムがユーザーに提供される。

小さなサイズ、十分な容量で安全だが、素早く充電および放電することに加えて、許容可能な寿命を持つという第二の電池１２６の競合要件を満足するために、この例のように、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）電池ケミストリーを使用しうる。この例の第二の電池１２６は円筒形であり、直径１０ｍｍ、長さ３７ｍｍである。代替品として、チタン酸リチウム電池を第二の電池のために使用しうる。

ホスト装置１００の第一の電池１０６は、プリズムタイプのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）である。コバルト酸リチウム電池は、リン酸鉄リチウムよりも高い電池の電圧を提供し、単一のコバルト酸リチウム電池からのリン酸鉄リチウム電池の充電を可能にする。

エアロゾル形成基体は、加熱に伴い基体から放出される揮発性のたばこ風味化合物を含む、たばこ含有材料を含むことが好ましい。別の方法として、エアロゾル形成基体は、非たばこ材料を含みうる。エアロゾル形成基体は、さらにエアロゾル形成体を含みうる。適切なエアロゾル形成体の例は、グリセリンおよびプロピレングリコールである。

エアロゾル形成基体は固体の基体であってもよい。固体基体は、例えば、薬草の葉、たばこ葉、たばこの茎の破片、再構成たばこ、均質化されたたばこ、押出成形たばこおよび膨化たばこのうち１つ以上を含む、粉末、顆粒、ペレット、断片、スパゲッティ、細片またはシートのうち一つ以上を含みうる。あるいは、エアロゾル形成基体は、液体基体でもよく、また喫煙物品は、液体基体を保持するための手段を含みうる。

図２は、図１のレシーバー装置の制御電子回路の概略図である。電気信号は接点１３０で受信される。接点１３０ｂは接地接続であり、接点１３０ａは信号接続である。１３０からの入力信号は、スイッチ要素１４０で受信される。スイッチ要素は、レシーバー装置電子回路１２８で受電回路１４２およびデータ受信回路１４４の両方に接続されている。スイッチ要素は実質的には、入力電圧に応じてそのスイッチ状態を変化させる電圧コンパレータである。データ受信回路１４４および受電回路１４３の両方が、接点１３０ｂに接続されている接地線１４８に接続される。

受電回路１４２は装置電池１２６に接続されて、受け取った電力を所定の充電プロトコルに従って送達する。装置がエアロゾルを生成するために使用される時、充電後に、ヒーター制御回路１４６を通して電池１２６からヒーター１３４に電力が提供される。

データ受信回路１４４は、必要に応じて受信された制御データをヒーター制御回路１４６に伝達して、例えばソフトウェア更新を提供する。データは、データ受信回路から装置電子回路のその他の構成要素（受電回路１４２など）に伝達されて、例えば、ホスト装置が、レシーバー装置と共に使用するための適合装置として特定されたことを確認しうる。

使用中、ホスト装置がレシーバー装置に接続されている時、ホスト装置は電力およびデータを、接点１３０ａを通してレシーバー装置に送る。データは、レシーバー装置から接点１３０を通してホスト装置に戻されうる。ホスト装置からの信号は、電力およびデータを同時ではなく逐次的様式で含む。しかし、電力伝送およびデータ伝送が専用の時間スロットを持つ必要はない。いかなる瞬間でも、伝送されているのは電力またはデータでありうる。その代わり、スイッチ要素１４０は、電圧比較に基づいて、時間の各瞬間に電力が受け取られているかまたはデータが受け取られているかを決定できる。

データは、データ受信回路によって、その入力の電圧または電流レベルを検出することにより検出される。この実施形態では、データ受信回路１４４は、入力電圧を、電圧が上昇している時は低閾値１と、電圧が下降している時は低閾値２と比較することによって論理レベルを検出する。ビットレート速度は非常に高い可能性があり、１００ビット毎秒（１００ ｂｐｓ）〜５０万ビット毎秒（５００ｋｂｐｓ）の範囲でありうる。

図３は、図２のスイッチ要素１４０の機能を示す流れ図である。レシーバー装置がホスト装置から取り外された時、スイッチ要素は受電回路から切断されるように構成されている。そのため開始工程２００で示される初期状態では、スイッチ要素は入力１３０ａをデータ受信回路に接続する。

工程２１０で、スイッチ要素は入力電圧Ｖを第一の閾値電圧Ｖ１（この例では４ボルト）と比較する。入力電圧が４ボルトよりも大きくない場合、スイッチ要素はデータ受信回路と接続したままとなり、工程２６０で受信データをデータ受信回路に伝達する一方、連続的に入力電圧をＶ１と再比較する。入力電圧が４ボルトよりも大きい場合、スイッチ要素は工程２２０で状態を切り替えて、入力１３０ａを受電回路と接続する。工程２３０で、スイッチ要素は入力から電力信号を受信し、それを受電回路１４２に伝達する。この状態の時、電力を受電回路に伝達し、スイッチ要素は入力電圧と第二の電圧閾値Ｖ２（この例では３．５ボルト）を連続的に比較する。これは工程２４０として示されている。入力での電圧がＶ２よりも下がった場合、スイッチ要素は工程２５０で状態を切り替えて、入力１３０ａをデータ受信回路と接続する。工程２６０で、スイッチ要素は入力からデータ信号を受信し、それをデータ受信回路１４４に伝達する。この状態の時、データをデータ受信回路に伝達し、工程２１０に戻ることによって示されるように、スイッチ要素は入力電圧を第一の電圧閾値Ｖ１と連続的に比較する。入力電圧が４ボルトよりも大きくない場合、スイッチ要素は工程２６０で継続してデータをデータ受信回路に伝達する。この切り替え動作は、入力１３０ａで信号が受信される限り、連続的に維持される。電力伝送の間に伝送された電流は、特定の充電プロトコルに対して必要とされる高さである可能性があるが、この例では０〜５アンペアである。

図４はスイッチ要素の代替的配置を示す。図４に示される実施形態では、スイッチ要素１５０はデータ受信回路１４４に接続されておらず、受電回路１４２にのみ接続されている。データ受信回路は常に入力１３０ａに接続されたままとなる。スイッチ要素は、入力電圧に応じて、受電回路１４２を入力１３０ａと接続および切断するようにのみ機能する。図３を参照して説明したものと同じ制御戦略をこの配置で使用できるが、工程２５０は、データ受信回路に切り替えるのではなく、受電回路から切断することになる。

図４のデータ受信回路は、電力を伝送している時、ホスト装置によって加えられる電圧に耐えるように構成される。図４のデータ受信回路は、電圧コンパレータを使用して電力伝送に対応する電圧レベルを検出し、読まれたデータを電力伝送中に廃棄するように構成される。

記述された実施形態は、ホストからレシーバー装置へのデータ伝送のみを参照しているが、レシーバー装置が同じ接点を介してデータをホストに伝送することも当然可能である。例えば、保存された利用データ、診断データまたは電池関連データをホスト装置に伝送することが有益な場合がある。

上述の例示的な実施形態は例証するが限定はしない。上記で考察した例示的な実施形態に照らすことにより、上記の例示的な実施形態と一貫したその他の実施形態は今や当業者には明らかとなろう。

Claims (13)

1. 一対の電気接点を介してホスト装置から電力およびデータを受け取るように構成されたハンドヘルドの電池式の電気的に動作するエアロゾル発生装置であって、
   前記ホスト装置に接続可能な入力と、
   受電回路と、
   データ受信回路と、
   前記入力から受信された信号の電圧に応じて、前記入力を前記受電回路または前記データ受信回路に接続するように構成されたスイッチ要素とを備えるエアロゾル発生装置。
2. 前記スイッチ要素が、前記入力の電圧が第一の電圧閾値より高い時に、第一の状態から第二の状態へと切り替えるように構成されている、請求項１に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
3. 前記スイッチ要素が、前記入力の電圧が第二の電圧閾値より低い時に、前記第二の状態から前記第一の状態へと切り替えるように構成されている、請求項２に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
4. 前記第二の電圧閾値が前記第一の電圧閾値よりも低い、請求項３に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
5. 前記第一の状態が前記データ受信回路への接続である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
6. 前記第一の状態が前記受電回路からの切断である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
7. 前記第二の状態が前記受電回路への接続である、請求項３または４に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
8. 前記第一の電圧閾値が１〜３０ボルト、有利には２〜８ボルトである、請求項２〜７のいずれか１項に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
9. 前記データ受信回路が入力電圧を第三の閾値電圧と比べることによって前記データの論理レベルを決定するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置。
10. 一対の電気接点を通して電気的接続を介してホスト装置から電気的に動作するエアロゾル発生装置に電力およびデータを伝送するためのシステムであって、
    電力およびデータを出力を通して伝送するように構成されたホスト装置であって、前記ホスト装置が、前記データとは異なる時に前記出力を通して前記電力を伝送するように構成されたホスト装置と、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の電気的に動作するエアロゾル発生装置とを含むシステム。
11. 前記ホスト装置が電池充電装置である、請求項１０に記載のシステム。
12. 一対の電気接点を通して電気的接続を介して、受電回路およびデータ受信回路を持つ電気的に動作するエアロゾル発生装置でホスト装置から電力およびデータを受け取るための方法であって、
    前記ホスト装置からの電気信号を入力で受信する工程と、
    前記入力で受信された入力信号の電圧と閾値電圧との比較を実施する工程と、
    前記比較の結果に応じて、前記入力と前記受電回路または前記データ受信回路を接続または切断する工程とを含む方法。
13. 前記比較を実施する工程が、前記電気信号が前記入力で受信されている間に連続的に実施される、請求項１２に記載の方法。