KR102392694B1 - 공진 회로를 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 RLC 공진 회로의 공진 주파수를 결정하고; 결정된 공진 주파수에 기초하여, 서셉터가 유도 가열되게 하는 RLC 공진 회로에 대한 제1 주파수를 결정하도록 배열되고, 제1 주파수는 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있다. 상기 장치는 서셉터를 가열하기 위해 RLC 공진 회로의 구동 주파수가 결정된 제1 주파수가 되게 제어하도록 배열될 수 있다. 상기 장치를 포함하는 에어로졸 발생 디바이스가 또한 개시되어 있다.

Description

공진 회로를 위한 장치
본 발명은 RLC 공진 회로(RLC resonance circuit), 보다 구체적으로는 에어로졸 발생 디바이스(aerosol generating device)의 서셉터(susceptor)의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.
시가렛들(cigarettes), 시가들(cigars) 등과 같은 흡연 물품들(smoking articles)은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 연소시키지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 이들 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 있었다. 그러한 제품들의 예들은, 재료를 가열하되 태우지 않음으로써 화합물들을 방출하는, 소위 "비연소식 가열(heat not burn)" 제품들 또는 담배 가열 디바이스들(tobacco heating devices) 또는 제품들이다. 이 재료는, 예를 들어 니코틴(nicotine)을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 담배 또는 다른 비-담배 제품들(non-tobacco products)일 수 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는, RLC 공진 회로의 공진 주파수(resonance frequency)를 결정하고; 결정된 공진 주파수에 기초하여, 서셉터가 유도 가열되게 하는 RLC 공진 회로에 대한 제1 주파수를 결정하도록 배열되고, 제1 주파수는 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있다.
제1 주파수는 주어진 공급 전압에서 서셉터가 제1 정도로 유도 가열되게 하기 위한 것일 수 있으며, 제1 정도는 제2 정도보다 작으며, 제2 정도는 RLC 회로가 공진 주파수에서 구동될 때, 주어진 공급 전압에서 서셉터가 유도 가열되게 하는 정도이다.
상기 장치는, 서셉터를 가열하기 위해 RLC 공진 회로의 구동 주파수가 결정된 제1 주파수가 되게 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 구동 주파수가 제1 시간 기간 동안에 제1 주파수로 유지되게 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 구동 주파수가, 서로 각각 상이한 복수의 제1 주파수들 중 하나가 되게 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 시퀀스(sequence)에 따라 복수의 제1 주파수들을 통해 구동 주파수를 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 시퀀스를 복수의 사전정의된 시퀀스들 중 하나로부터 선택하도록 배열된다.
상기 장치는, 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수에 더 가깝도록 구동 주파수를 제어하거나, 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수로부터 더 멀어지도록 구동 주파수를 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 구동 주파수가 각각의 하나 이상의 시간 기간들 동안에 복수의 제1 주파수들 중 하나 이상으로 유지되게 제어하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, 구동 주파수의 함수로써 RLC 회로의 전기적 특성을 측정하고; 측정에 기초하여 RLC 회로의 공진 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, RLC 회로가 구동되는 구동 주파수의 함수로써 RLC 회로의 측정된 전기적 특성에 기초하여 제1 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다.
전기적 특성은 RLC 회로의 인덕터(inductor)에 걸쳐 측정된 전압일 수 있으며, 인덕터는 서셉터로의 에너지 전달을 위한 것이다.
전기적 특성의 측정은 수동 측정(passive measurement)일 수 있다.
전기적 특성은 감지 코일(sense coil)에 유도된 전류를 나타낼 수 있으며, 감지 코일은 RLC 회로의 인덕터로부터의 에너지 전달을 위한 것이고, 인덕터는 서셉터로의 에너지 전달을 위한 것이다.
전기적 특성은 픽업 코일(pick-up coil)에 유도된 전류를 나타낼 수 있으며, 픽업 코일은 공급 전압 요소로부터의 에너지 전달을 위한 것이고, 공급 전압 요소는 구동 요소에 전압을 공급하기 위한 것이고, 구동 요소는 RLC 회로를 구동하기 위한 것이다.
상기 장치는, 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스의 시동 시에, 및/또는 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스 내에의 신규 및/또는 교체 서셉터의 설치 시에, 및/또는 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스 내에의 신규 및/또는 교체 인덕터의 설치 시에 RLC 회로의 공진 주파수 및/또는 제1 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, RLC 회로의 응답의 피크(peak)의 대역폭(bandwidth)을 나타내는 특성을 결정하고―피크는 공진 주파수에 대응함―; 결정된 특성에 기초하여 제1 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는, RLC 공진 회로를 복수의 주파수들 중 하나 이상에서 구동하도록 배열된 구동 요소를 포함할 수 있으며; 상기 장치는 구동 요소가 결정된 제1 주파수에서 RLC 공진 회로를 구동하게 제어하도록 배열된다.
구동 요소는 H-브리지 드라이버(H-Bridge driver)를 포함할 수 있다.
상기 장치는 RLC 공진 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스가 제공되며, 에어로졸 발생 디바이스는, 사용 시에 에어로졸 발생 재료(aerosol generating material)를 가열하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키도록 배열된 서셉터―서셉터는 RLC 공진 회로에 의한 유도 가열을 위해 배열됨―; 및 제1 양태에 따른 장치를 포함한다.
서셉터는 니켈 및 강철 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
서셉터는 니켈 코팅을 갖는 본체를 포함할 수 있다.
니켈 코팅은 실질적으로 5 ㎛ 미만, 또는 실질적으로 2 ㎛ 내지 3 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.
니켈 코팅은 본체 상에 전기 도금될 수 있다.
서셉터는 연강 시트일 수 있거나 연강 시트를 포함할 수 있다.
연강 시트는 실질적으로 10 ㎛ 내지 실질적으로 50 ㎛ 범위의 두께를 가질 수 있거나, 실질적으로 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, RLC 회로의 공진 주파수를 결정하는 단계; 및 서셉터가 유도 가열되게 하는 RLC 공진 회로에 대한 제1 주파수를 결정하는 단계―제1 주파수는 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있음―;를 포함한다.
상기 방법은 서셉터를 가열하기 위해 RLC 공진 회로의 구동 주파수가 결정된 제1 주파수가 되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 프로세싱 시스템(processing system)에서 실행될 때, 프로세싱 시스템이 제3 양태에 따른 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 이루어지고 단지 예로서 주어진 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 일 예에 따른 에어로졸 발생 디바이스를 개략적으로 도시하고;
도 2a는 제1 예에 따른 RLC 공진 회로를 개략적으로 도시하고;
도 2b는 제2 예에 따른 RLC 공진 회로를 개략적으로 도시하고;
도 2c는 제3 예에 따른 RLC 공진 회로를 개략적으로 도시하고;
도 3a는 공진 주파수를 나타내는, 예시적인 RLC 공진 회로의 예시적인 주파수 응답을 개략적으로 도시하고;
도 3b는 상이한 구동 주파수들을 나타내는, 예시적인 RLC 공진 회로의 예시적인 주파수 응답을 개략적으로 도시하고;
도 3c는 일 예에 따른, 시간의 함수로써 서셉터의 온도를 개략적으로 도시하며;
도 4는 예시적인 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
유도 가열은 전자기 유도에 의해 전기 전도성 물체(또는 서셉터)를 가열하는 프로세스이다. 유도 히터(induction heater)는 전자석, 및 전자석을 통해 교류 전류와 같은 가변 전류를 통과시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 전자석의 가변 전류는 가변 자기장을 생성한다. 가변 자기장은 전자석에 대해 적절하게 위치된 서셉터를 관통하여 서셉터 내부에 와전류들(eddy currents)을 발생시킨다. 서셉터는 와전류들에 대한 전기 저항을 가지며, 따라서 이러한 저항에 대한 와전류들의 흐름은 서셉터가 주울 가열(Joule heating)에 의해 가열되게 한다. 서셉터가 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료를 포함하는 경우들에서, 서셉터의 자기 이력 손실들(magnetic hysteresis losses)에 의해, 즉 가변 자기장과의 자기 쌍극자들(magnetic dipoles)의 정렬의 결과로서 자성 재료의 그러한 자기 쌍극자들의 가변 배향에 의해, 열이 또한 발생될 수 있다.
유도 가열에서는, 예를 들어 전도에 의한 가열과 비교하여, 열이 서셉터 내부에서 발생되어, 급속 가열을 허용한다. 또한, 유도 히터와 서셉터 사이에 어떠한 물리적 접촉도 필요하지 않아서, 구성 및 적용에서의 자유도를 향상시킬 수 있다.
회로 요소들의 임피던스들(impedances) 또는 어드미턴스들(admittances)의 가상 부분들이 서로 상쇄될 때 특정 공진 주파수에서 전기 회로에 전기적 공진이 발생한다. 전기적 공진을 나타내는 회로의 일 예는 직렬로 연결되는, 저항기(resistor)에 의해 제공된 저항(R), 인덕터(inductor)에 의해 제공된 인덕턴스(L), 및 커패시터(capacitor)에 의해 제공된 커패시턴스(capacitance)(C)를 포함하는 RLC 회로이다. 인덕터의 붕괴 자기장(collapsing magnetic field)이 커패시터를 충전하는 그의 권선들에서 전류를 발생시키는 한편, 방전 커패시터가 인덕터에서 자기장을 형성하는 전류를 제공하기 때문에, 공진이 RLC 회로에서 발생한다. 회로가 공진 주파수로 구동되는 경우, 인덕터와 커패시터의 직렬 임피던스는 최소가 되고, 회로 전류는 최대가 된다.
도 1은 서셉터(116)를 통한 에어로졸 발생 재료(164)의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로(100)를 포함하는 예시적인 에어로졸 발생 디바이스(150)를 개략적으로 도시하고 있다. 일부 예들에서, 서셉터(116) 및 에어로졸 발생 재료(164)는, 에어로졸 발생 디바이스(150)에 삽입 및/또는 제거될 수 있고 일회용일 수 있는 일체형 유닛(integral unit)을 형성한다. 에어로졸 발생 디바이스(150)는 핸드헬드형(hand-held)이다. 에어로졸 발생 디바이스(150)는 에어로졸 발생 재료(164)를 가열하여 사용자에 의한 흡입을 위한 에어로졸을 발생시키도록 배열된다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "에어로졸 발생 재료"는 전형적으로 증기 또는 에어로졸 형태로 가열 시에 휘발된 성분들을 제공하는 재료들을 포함한다는 것이 주목된다. 에어로졸 발생 재료는 비-담배-보유 재료 또는 담배-보유 재료일 수 있다. 에어로졸 발생 재료는, 예를 들어 담배 자체, 담배 파생품들(derivatives), 팽화 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco), 담배 추출물(tobacco extract), 균질화 담배(homogenised tobacco) 또는 담배 대용품들(tobacco substitutes) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 분쇄 담배(ground tobacco), 컷 래그 담배(cut rag tobacco), 팽화 담배, 재생 담배, 재생 재료, 액체, 겔(gel), 겔화 시트(gelled sheet), 분말 또는 응집체들 등의 형태일 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 또한, 제품에 따라 니코틴을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 다른 비-담배 제품들을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 재료는 글리세롤(glycerol) 또는 프로필렌 글리콜(propylene glycol)과 같은 하나 이상의 습윤제들(humectants)을 포함할 수 있다.
도 1로 돌아가면, 에어로졸 발생 디바이스(150)는 RLC 공진 회로(100), 서셉터(116), 에어로졸 발생 재료(164), 제어기(114) 및 배터리(battery)(162)를 수용하는 외부 본체(151)를 포함한다. 배터리는 RLC 공진 회로(100)에 전력을 공급하도록 배열된다. 제어기(114)는 RLC 공진 회로(100)를 제어하도록, 예를 들어 배터리(162)로부터 RLC 공진 회로(100)로 전달되는 전압, 및 RLC 공진 회로(100)가 구동되는 주파수(f)를 제어하도록 배열된다. RLC 공진 회로(100)는 서셉터(116)를 유도 가열하도록 배열된다. 서셉터(116)는 사용 시에 에어로졸 발생 재료(364)를 가열하여 에어로졸을 발생시키도록 배열된다. 외부 본체(151)는 사용 시에 발생된 에어로졸이 디바이스(150)를 빠져나갈 수 있게 하는 마우스피스(mouthpiece)(160)를 포함한다.
사용 시에, 사용자는, 예를 들어 그 자체로 알려진 버튼(도시되지 않음) 또는 퍼프 검출기(puff detector)(도시되지 않음)를 통해 제어기(114)를 활성화시켜서 RLC 공진 회로(100)가 예를 들어 RLC 공진 회로(100)의 공진 주파수(f r )에서 구동되게 할 수 있다. 이에 의해, 공진 회로(100)가 서셉터(116)를 유도 가열하고, 서셉터(116)는 결국 에어로졸 발생 재료(164)를 가열하고, 이에 의해 에어로졸 발생 재료(164)가 에어로졸을 발생하게 한다. 에어로졸은 공기 입구(도시되지 않음)로부터 디바이스(150) 내로 흡인된 공기 내로 발생되고, 이에 의해 에어로졸이 디바이스(150)를 빠져나가는 마우스피스(160)로 운반된다.
제어기(114) 및 디바이스(150)는 전체적으로, 에어로졸 발생 재료를 연소시키지 않고서 에어로졸 발생 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키는 온도들의 범위로 에어로졸 발생 재료를 가열하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 온도 범위는 약 50 ℃ 내지 약 350 ℃, 예컨대 약 50 ℃ 내지 약 250 ℃, 약 50 ℃ 내지 약 150 ℃, 약 50 ℃ 내지 약 120 ℃, 약 50 ℃ 내지 약 100 ℃, 약 50 ℃ 내지 약 80 ℃, 또는 약 60 ℃ 내지 약 70 ℃일 수 있다. 일부 예들에서, 온도 범위는 약 170 ℃ 내지 약 220 ℃이다. 일부 예들에서, 온도 범위는 이러한 범위 이외일 수 있으며, 온도 범위의 상한은 300 ℃보다 높을 수 있다.
서셉터(116)가 유도 가열되는 정도, 및 그에 따라 서셉터(116)가 에어로졸 발생 재료(164)를 가열하는 정도를 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 서셉터(116)가 가열되는 속도 및/또는 서셉터(116)가 가열되는 정도를 제어하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어 발생된 에어로졸의 특성들, 예컨대 발생된 에어로졸의 성질, 향미(flavour) 및/또는 온도를 변경시키거나 향상시키기 위해, 예를 들어 특정 가열 프로파일에 따라 (서셉터(116)를 통한) 에어로졸 발생 재료(164)의 가열을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 다른 예로서, 상이한 상태들 사이, 예를 들어 에어로졸 발생 매체가 에어로졸을 생성하는 온도 미만일 수 있는 비교적 낮은 온도로 에어로졸 발생 매체를 가열하는 '유지(holding)' 상태와, 에어로졸 발생 재료(164)가 에어로졸을 생성하는 비교적 높은 온도로 에어로졸 발생 재료(164)를 가열하는 '가열' 상태 사이에서, (서셉터(116)를 통한) 에어로졸 발생 재료(164)의 가열을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 제어는 주어진 활성화 신호로부터 에어로졸 발생 디바이스(150)가 에어로졸을 발생시킬 수 있는 시간을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 다른 예로서, 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)가 특정 온도를 초과하여 가열되지 않는 것을 보장하기 위해 특정 정도를 초과하지 않도록, 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)가 연소되거나 타지 않도록, (서셉터(116)를 통한) 에어로졸 발생 재료(164)의 가열을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 예를 들어, 서셉터(116)가 에어로졸 발생 재료(164)가 연소되거나 타지 않게 하는 것을 보장하기 위해, 서셉터(116)의 온도가 400 ℃를 초과하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어 서셉터(116)의 가열 동안에, 예를 들어 가열 속도가 빠른 경우에, 전체적으로, 서셉터(116)의 온도와 에어로졸 발생 재료(164)의 온도 사이에 차이가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 일부 예들에서, 서셉터(116)가 제어되거나, 초과하지 않아야 하는 온도는 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)가 가열되도록 소망되거나 초과하지 않아야 하는 온도보다 높을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
RLC 공진 회로(100)에 의한 서셉터(116)의 유도 가열을 제어하는 하나의 가능한 방식은 회로에 제공되는 공급 전압을 제어하는 것이며, 이는 결국 회로(100)에 흐르는 전류를 제어할 수 있고, 따라서 RLC 공진 회로(100)에 의해 서셉터(116)로 전달되는 에너지, 및 그에 따라 서셉터(116)가 가열되는 정도를 제어할 수 있다. 그러나, 공급 전압을 조절하는 것은 비용의 증가, 공간 요구사항들의 증가, 및 전압 조절 구성요소들에서의 손실들로 인한 효율의 저하를 초래할 것이다.
본 발명의 예들에 따르면, RLC 공진 회로(100)의 구동 주파수(f)를 제어함으로써 서셉터(116)가 가열되는 정도를 제어하기 위해 장치(예를 들어, 제어기(114))가 배열된다. 개괄적인 개요에서, 그리고 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 제어기(114)는, 예를 들어 회로(100)의 공진 주파수를 검색함으로써, 또는 예를 들어 그것을 측정함으로써, RLC 공진 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 결정하도록 배열된다. 다음에, 제어기(114)는 결정된 공진 주파수(f r )에 기초하여, 서셉터가 유도 가열되게 하는 제1 주파수를 결정하도록 배열되며, 제1 주파수는 결정된 공진 주파수(f r ) 위 또는 아래에 있다. 다음에, 제어기(114)는 서셉터(116)를 가열하기 위해 RLC 공진 회로(100)의 구동 주파수(f)가 결정된 제1 주파수가 되도록 제어하도록 배열된다. 제1 주파수가 RLC 공진 회로(100)의 공진 주파수(f r ) 위 또는 아래에 있기 때문에(즉, '공진 이탈(off resonance)'임), 제1 주파수에서 RLC 회로(100)를 구동하면, 주어진 전압에 대해 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우에 비해 회로(100)에 흐르는 전류(I)가 적어질 것이며, 따라서 서셉터(116)는 회로(100)가 주어진 전압에 대해 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우에 비해 더 적은 정도로 유도 가열될 것이다. 따라서, 공진 회로의 구동 주파수를 제1 주파수가 되도록 제어하는 것은 회로에 공급되는 전압을 제어할 필요 없이 서셉터(116)가 가열되는 정도의 제어를 하용하며, 따라서 보다 저렴하고 보다 공간 및 전력 효율적인 디바이스(150)를 허용한다.
이제 도 2a를 참조하면, 서셉터(116)의 유도 가열을 위한 예시적인 RLC 공진 회로(100)가 도시되어 있다. 공진 회로(100)는 직렬로 연결된 저항기(104), 커패시터(106) 및 인덕터(108)를 포함한다. 공진 회로(100)는 저항(R), 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)를 갖는다.
회로(100)의 인덕턴스(L)는 서셉터(116)를 유도 가열하도록 배열된 인덕터(108)에 의해 제공된다. 서셉터(116)의 유도 가열은 상기에 언급된 바와 같이 서셉터(116)에서의 주울 가열 및/또는 자기 이력 손실들을 유도하는 인덕터(108)에 의해 발생된 교번 자기장을 통해 이루어진다. 회로(100)의 인덕턴스(L)의 일부는 서셉터(116)의 투자율(magnetic permeability)에 기인할 수 있다. 인덕터(108)에 의해 발생된 교번 자기장은 인덕터(108)를 통해 흐르는 교류 전류에 의해 발생된다. 인덕터(108)를 통해 흐르는 교류 전류는 RLC 공진 회로(100)를 통해 흐르는 교류 전류이다. 인덕터(108)는, 예를 들어 코일형 와이어(coiled wire), 예를 들어 구리 코일의 형태일 수 있다. 인덕터(108)는, 예를 들어 리츠 와이어(Litz wire), 예를 들어 함께 꼬여진 다수의 개별 절연 와이어들을 포함하는 와이어를 포함할 수 있다. 리츠 와이어는 MHz 범위의 구동 주파수들(f)이 사용되는 경우에 특히 유용할 수 있는데, 이는 이것이 그 자체로 알려진 바와 같이 표피 효과(skin effect)로 인한 전력 손실을 감소시킬 수 있기 때문이다. 이러한 비교적 높은 주파수들에서는, 보다 낮은 인덕턴스 값들이 요구된다. 다른 예로서, 인덕터(108)는 예를 들어 인쇄 회로 기판 상의 코일형 트랙(coiled track)일 수 있다. 인쇄 회로 기판 상에 코일형 트랙을 사용하는 것은, 저비용으로 높은 재현성을 갖고서 대량 생산될 수 있는, 리츠 와이어(비용이 많이 들 수 있음)에 대한 임의의 요구사항을 제거할 수 있는 단면을 갖는 강성의 자립형 트랙을 제공할 수 있기 때문에 유용할 수 있다. 하나의 인덕터(108)가 도시되어 있지만, 하나 초과의 서셉터들(116)을 유도 가열하도록 배열된 하나 초과의 인덕터들이 있을 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
회로(100)의 커패시턴스(C)는 커패시터(106)에 의해 제공된다. 커패시터(106)는 예를 들어 클래스 1 세라믹 커패시터(Class 1 ceramic capacitor), 예를 들어 COG 커패시터일 수 있다. 커패시턴스(C)는 또한 회로(100)의 표유 커패시턴스(stray capacitance)를 포함할 수 있지만; 이것은 커패시터(106)에 의해 제공된 커패시턴스(C)와 비교하여 무시 가능하거나, 무시 가능해질 수 있다.
회로(100)의 저항(R)은 저항기(104), 공진 회로(100)의 구성요소들을 연결하는 트랙 또는 와이어의 저항, 인덕터(108)의 저항, 및 인덕터(108)와의 에너지 전달을 위해 배열된 서셉터(116)에 의해 제공된 공진 회로(100)에 흐르는 전류에 대한 저항에 의해 제공된다. 회로(100)는 반드시 저항기(104)를 포함할 필요는 없으며, 회로(100)의 저항(R)은 연결 트랙 또는 와이어, 인덕터(108) 및 서셉터(116)의 저항에 의해 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
회로(100)는 H-브리지 드라이버(H-Bridge driver)(102)에 의해 구동된다. H-브리지 드라이버(102)는 공진 회로(100)에 교류 전류를 제공하기 위한 구동 요소이다. H-브리지 드라이버(102)는 DC 전압 공급부(VSUPP)(110) 및 전기 접지(GND)(112)에 연결된다. DC 전압 공급부(VSUPP)(110)는 예를 들어 배터리(162)로부터 올 수 있다. H-브리지(102)는 집적 회로일 수 있거나, 또는 고체-상태 또는 기계적일 수 있는 개별 스위칭 구성요소들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. H-브리지 드라이버(102)는 예를 들어 고효율 브리지 정류기(High-efficiency Bridge Rectifier)일 수 있다. 그 자체로 알려진 바와 같이, H-브리지 드라이버(102)는 스위칭 구성요소들(도시되지 않음)을 통해 회로에 걸쳐 전압을 역전(및 그 후에 회복)시킴으로써 DC 전압 공급부(VSUPP)(110)로부터 회로(100)에 교류 전류를 제공할 수 있다. 이것은 RLC 공진 회로에 DC 배터리에 의해 전력이 공급될 수 있게 하고 교류 전류의 주파수가 제어될 수 있게 하기 때문에 유용할 수 있다.
H-브리지 드라이버(104)는 제어기(114)에 연결된다. 제어기(114)는 주어진 구동 주파수(f)에서 RLC 공진 회로(100)에 교류 전류(I)를 제공하도록 H-브리지(102) 또는 그 구성요소들(도시되지 않음)을 제어한다. 예를 들어, 구동 주파수(f)는 MHz 범위, 예를 들어 0.5 MHz 내지 4 MHz 범위, 예를 들어 2 MHz 내지 3 MHz 범위일 수 있다. 예를 들어 사용된 특정 공진 회로(100)(및/또는 그 구성요소들), 제어기(114), 서셉터(116) 및/또는 구동 요소(102)에 따라, 다른 주파수들(f) 또는 주파수 범위들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, RLC 회로(100)의 공진 주파수(f r )는 회로(100)의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의존하며, 이는 결국 인덕터(108), 커패시터(106) 및 서셉터(116)에 의존한다는 것이 이해될 것이다. 구동 주파수(f)의 범위는, 예를 들어 사용된 특정 RLC 회로(100) 및/또는 서셉터(116)의 공진 주파수(f r ) 정도일 수 있다. 사용된 공진 회로(100) 및/또는 구동 주파수 또는 구동 주파수(f)의 범위는 주어진 서셉터(116)에 대한 다른 팩터들(factors)에 기초하여 선택될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 인덕터(108)로부터 서셉터(116)로의 에너지 전달을 개선하기 위해, 표피 깊이(즉, 인덕터(108)로부터의 교번 자기장이 흡수되는 서셉터(116)의 표면으로부터의 깊이)가 서셉터(116) 재료의 두께보다 작고, 예를 들어 2 배 내지 3 배만큼 작은 것을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 표피 깊이는 서셉터(116)의 상이한 재료들 및 구성에 따라 상이하며, 구동 주파수(f)가 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 일부 예들에서, 비교적 높은 구동 주파수들(f)을 사용하는 것이 유익할 수 있다. 한편, 예를 들어 전자기기 내에서 열로서 손실되는 공진 회로(100) 및/또는 구동 요소(102)에 공급된 전력의 비율을 감소시키기 위해서는, 보다 낮은 구동 주파수들(f)을 사용하는 것이 유익할 수 있다. 따라서, 일부 예들에서, 이들 팩터들 사이의 타협(compromise)은 적절하게 그리고/또는 소망에 따라 선택될 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 제어기(114)는, RLC 공진 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 결정하고, 다음에 RLC 공진 회로(100)가 결정된 공진 주파수(f r )에 기초하여 구동되도록 제어되어야 하는 제1 주파수를 결정하도록 배열된다.
도 3a는 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)을 개략적으로 도시하고 있다. 도 3a의 예에서, 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)은 회로가 H-브리지 드라이버(104)에 의해 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써 회로(100)에 흐르는 전류(I)의 개략적인 도표로 도시되어 있다.
도 2a의 공진 회로(100)는 인덕터(108) 및 커패시터(106)의 직렬 임피던스(Z)가 최소가 되고 따라서 회로 전류(I)가 최대가 되는 공진 주파수(f r )를 갖는다. 따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이, H-브리지 드라이버(104)가 공진 주파수(f r )에서 회로(100)를 구동하는 경우, 회로(100) 및 그에 따른 인덕터(108) 내의 교류 전류(I)는 최대(I max )가 될 것이다. 따라서, 인덕터(106)에 의해 발생된 진동 자기장(oscillating magnetic field)은 최대가 되고, 따라서 인덕터(106)에 의한 서셉터(116)의 유도 가열은 최대가 될 것이다. H-브리지 드라이버(104)가 공진 이탈한 주파수(f), 즉 공진 주파수(f r ) 위 또는 아래에서 회로(100)를 구동하는 경우, 회로(100) 및 그에 따른 인덕터(108) 내의 교류 전류(I)는 최대보다 작을 것이며, 따라서 인덕터(106)에 의해 발생된 진동 자기장은 최대보다 작을 것이고, 따라서 인덕터(106)에 의한 서셉터(116)의 유도 가열은 (주어진 전압 공급부(VSUPP)(110)에 대해) 최대보다 작을 것이다. 따라서, 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)은 공진 주파수(f r )에 중심설정되고 공진 주파수(f r ) 위 및 아래의 주파수들에서 감쇄(tailing off)하는 피크를 갖는다.
상기에 언급된 바와 같이, 제어기(114)는 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 결정하도록 배열된다.
일 예에서, 제어기(114)는 예를 들어 메모리(도시되지 않음)로부터 공진 주파수(f r )를 검색함으로써, 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 결정하도록 배열된다. 예를 들어, 회로(100)의 공진 주파수(f r )는 예를 들어 디바이스(150)의 제조 시에, 계산되거나 측정되거나, 다른 방식으로 사전결정되고, 메모리(도시되지 않음)에 사전저장될 수 있다. 다른 예에서, 회로(100)의 공진 주파수(f r )는, 예를 들어 사용자 입력부(도시되지 않음)로부터, 또는 예를 들어 다른 디바이스 또는 입력부로부터, 제어기(114)로 통신될 수 있다. 회로가 그에 기초하여 제어되어야 하는 회로(100)의 공진 주파수(f r )로서 사전저장된 공진 주파수를 사용하는 것은 회로(100)의 간단한 제어를 허용한다. 사전저장된 공진 주파수가 회로(100)의 실제 공진 주파수와 정확히 동일하지 않은 경우에도, 사전저장된 공진 주파수(100)에 기초한 유용한 제어가 여전히 제공될 수 있다.
회로(100)(직렬 RLC 회로)의 공진 주파수(f r )는 회로(100)의 커패시턴스(C) 및 인덕턴스(L)에 의존하며, 하기와 같이 주어진다:
Figure 112019110719799-pct00001
상기에 언급된 바와 같이, 회로(100)의 인덕턴스(L)는 서셉터(116)의 유도 가열을 위해 배열된 인덕터(108)에 의해 제공된다. 회로(100)의 인덕턴스(L)의 적어도 일부는 서셉터(116)의 투자율에 기인한다. 따라서, 회로(100)의 인덕턴스(L) 및 그에 따른 공진 주파수(f r )는 사용되는 특정 서셉터(들) 및 인덕터(들)(108)에 대한 그것의 위치결정에 의존할 수 있는데, 이는 때때로 변경될 수 있다. 또한, 서셉터(116)의 투자율은 서셉터(116)의 가변 온도들에 따라 변할 수 있다. 따라서, 일부 예들에서, 회로(100)의 공진 주파수를 보다 정확하게 결정하기 위해, 회로(100)의 공진 주파수를 측정하는 것이 유용할 수 있다.
일부 예들에서, 회로(100)의 공진 주파수를 결정하기 위해, 제어기(114)는 RLC 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)을 측정하도록 배열된다. 예를 들어, 제어기는 RLC 회로가 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써 RLC 회로(100)의 전기적 특성을 측정하도록 배열될 수 있다. 제어기(114)는 RLC 회로(100)가 구동될 절대 주파수를 결정하기 위해 클록 발생기(clock generator)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 제어기(114)는 소정 시간 기간에 걸쳐 소정 범위의 구동 주파수들(f)을 통해 스캔하도록 H-브리지(104)를 제어하도록 배열될 수 있다. RLC 회로(100)의 전기적 특성은 구동 주파수들의 스캔 동안에 측정될 수 있고, 따라서 구동 주파수(f)의 함수로써 RLC 회로(100)의 주파수 응답(300)이 결정될 수 있다.
전기적 특성의 측정은 수동 측정(passive measurement), 즉 공진 회로(100)와의 어떠한 직접적인 전기적 접촉도 수반하지 않는 측정일 수 있다.
예를 들어, 도 2a에 도시된 예를 다시 참조하면, 전기적 특성은 RLC 회로(100)의 인덕터(108)에 의해 감지 코일(sense coil)(120a)에 유도된 전류를 나타낼 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 감지 코일(120a)은 인덕터(108)로부터의 에너지 전달을 위해 위치되며, 회로(100)에 흐르는 전류(I)를 검출하도록 배열된다. 감지 코일(120a)은, 예를 들어 와이어 코일 또는 인쇄 회로 기판 상의 트랙일 수 있다. 예를 들어, 인덕터(108)가 인쇄 회로 기판 상의 트랙인 경우에, 감지 코일(120a)은 인쇄 회로 기판 상의 트랙일 수 있고, 예를 들어 인덕터(108)의 평면에 평행한 평면에서, 인덕터(108) 위 또는 아래에 위치될 수 있다. 다른 예로서, 하나 초과의 인덕터(108)가 있는 예에서, 감지 코일(120a)은 인덕터들 둘 모두로부터의 에너지 전달을 위해, 인덕터들(108) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 인덕터들(108)이 인쇄 회로 기판 상의 트랙들이고 서로 평행한 평면에 놓여 있는 경우에, 감지 코일(120a)은 2 개의 인덕터들 사이에 그리고 인덕터들(108)에 평행한 평면에서 인쇄 회로 기판 상의 트랙일 수 있다. 임의의 경우에, 회로(100) 및 그에 따른 인덕터(108)에 흐르는 교류 전류(I)는 인덕터(108)가 교번 자기장을 발생하게 한다. 교번 자기장은 감지 코일(120a)에 전류를 유도한다. 감지 코일(120a)에 유도된 전류는 감지 코일(120a)에 걸리는 전압(VIND)을 생성한다. 감지 코일(120a)에 걸리는 전압(VIND)은 측정될 수 있으며, RLC 회로(100)에 흐르는 전류(I)에 비례한다. 감지 코일(120a)에 걸리는 전압(VIND)은 H-브리지 드라이버(104)가 공진 회로(100)를 구동하는 구동 주파수(f)의 함수로써 기록될 수 있고, 따라서 회로(100)의 주파수 응답(300)이 결정된다. 예를 들어, 제어기(114)는 공진 회로(100)에서 교류 전류를 구동하도록 H-브리지 드라이버(104)를 제어하고 있는 주파수(f)의 함수로써 감지 코일(120a)에 걸리는 전압(VIND)의 측정치를 기록할 수 있다. 다음에, 제어기는 주파수 응답(300)을 분석하여 피크가 중심설정되는 공진 주파수(f r ) 및 그에 따른 회로(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
도 2b는 RLC 회로(100)의 전기적 특성의 다른 예시적인 수동 측정을 도시하고 있다. 도 2b는 도 2a의 감지 코일(120a)이 픽업 코일(pick-up coil)(120b)로 대체된다는 점을 제외하고는 도 2a와 동일하다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 픽업 코일(120b)은 RLC 회로의 요구들의 변화로 인해 그를 통해 흐르는 DC 전류가 변화하는 경우 DC 공급 전압 와이어 또는 트랙(110)에 의해 생성된 자기장의 일부를 차단하도록 배치된다. DC 공급 전압 와이어 또는 트랙(110)에 흐르는 전류의 변화들에 의해 생성된 자기장은 픽업 코일(120b)에 전류를 유도하여, 픽업 코일(120b)에 걸리는 전압(VIND)을 생성한다. 예를 들어, 이상적인 경우에 DC 공급 전압 와이어 또는 트랙(110)에 흐르는 전류는 단지 직류 전류이지만, 실제로 DC 공급 전압 와이어 또는 트랙(110)에 흐르는 전류는 예를 들어 H-브리지 드라이버(104)에서의 스위칭의 결함들로 인해, H-브리지 드라이버(104)에 의해 어느 정도 변조될 수 있다. 따라서, 이러한 전류 변조들은 픽업 코일에 전류를 유도하며, 픽업 코일(120b)에 걸리는 전압(VIND)을 통해 검출된다.
픽업 코일(120b)에 걸리는 전압(VIND)은 H-브리지 드라이버(104)가 공진 회로(100)를 구동하고 있는 구동 주파수(f)의 함수로써 측정 및 기록될 수 있고, 따라서 회로(100)의 주파수 응답(300)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는 공진 회로(100)에서 교류 전류를 구동하도록 H-브리지 드라이버(104)를 제어하고 있는 주파수(f)의 함수로써 픽업 코일(120a)에 걸리는 전압(VIND)의 측정치를 기록할 수 있다. 다음에, 제어기는 주파수 응답(300)을 분석하여 피크가 중심설정되는 공진 주파수(f r ) 및 그에 따른 회로(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
일부 예들에서, H-브리지 드라이버(104)의 결함들에 의해 야기될 수 있는 DC 공급 전압 와이어 또는 트랙(110)에서의 전류의 변조된 성분을 감소시키거나 제거하는 것이 바람직할 수 있다는 것이 주목된다. 이것은, 예를 들어 H-브리지 드라이버(104)에 걸쳐 바이패스 커패시터(bypass capacitor)(도시되지 않음)를 구현함으로써 달성될 수 있다. 이러한 경우에, 회로(100)의 주파수 응답(300)을 결정하는데 사용되는 RLC 회로(100)의 전기적 특성은 픽업 코일(120b) 이외의 수단에 의해 측정될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2c는 RLC 회로의 전기적 특성에 대한 능동 측정(active measurement)의 일 예를 도시하고 있다. 도 2c는, 도 2a의 감지 코일(120a)이 인덕터(108)를 가로지르는 전압(VL)을 측정하도록 배열된 요소(120c), 예를 들어 수동 차동 회로(120c)로 대체된다는 점을 제외하고는 도 2a와 동일하다. 공진 회로(100)의 전류(I)가 변함에 따라, 인덕터(108)를 가로지르는 전압(VL)이 변할 것이다. 인덕터(108)를 가로지르는 전압(VL)은 H-브리지 드라이버(104)가 공진 회로(100)를 구동하는 구동 주파수(f)의 함수로써 측정 및 기록될 수 있고, 따라서 회로(100)의 주파수 응답(300)이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는 공진 회로(100)에서 교류 전류를 구동하도록 H-브리지 드라이버(104)를 제어하고 있는 주파수(f)의 함수로써 인덕터(108)를 가로지르는 전압(VL)의 측정치를 기록할 수 있다. 다음에, 제어기(114)는 주파수 응답(300)을 분석하여 피크가 중심설정되는 공진 주파수(f r ) 및 그에 따른 회로(100)의 공진 주파수를 결정할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 예들 각각에서, 또는 다른 경우에, 제어기(114)는 주파수 응답(300)을 분석하여 피크가 중심설정되는 공진 주파수(f r )를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는 알려진 데이터 분석 기술들을 사용하여 주파수 응답으로부터 공진 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 주파수 응답 데이터로부터 직접적으로 공진 주파수(f r )를 추론할 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는 최대 응답이 기록된 주파수(f)를 공진 주파수(f r )로서 결정하거나, 2 개의 최대 응답들이 기록된 주파수들(f)을 결정하고, 이들 2 개의 주파수들(f)의 평균을 공진 주파수(f r )로서 결정할 수 있다. 또 다른 예로서, 제어기(114)는 RLC 회로에 대한 주파수(f)의 함수로써 전류(I)(또는 임피던스 등과 같은 다른 응답)를 기술하는 함수를 주파수 응답 데이터에 피팅(fitting)하고, 피팅된 함수로부터 공진 주파수(f r )를 추론하거나 계산할 수 있다.
RLC 회로(100)의 주파수 응답의 측정에 기초하여 공진 주파수(f r )를 결정하는 것은 주어진 회로(100), 서셉터(116) 또는 서셉터 온도에 대한 공진 주파수의 추정된 값에 의존할 필요성을 제거하며, 따라서 회로(100)의 공진 주파수의 보다 정확한 결정을 제공하고, 따라서 공진 회로(100)가 구동되는 주파수의 보다 정확한 제어를 제공한다. 또한, 제어는 서셉터(116), 또는 공진 회로(100), 또는 디바이스(350) 전체의 변화들에 대해 보다 강인하다. 예를 들어, 서셉터(116)의 온도 변화(예를 들어, 서셉터(116)의 온도가 변화하는 것에 따른, 서셉터의 투자율 및 그에 따른 공진 회로(100)의 인덕턴스(L)의 변화들)로 인한 공진 회로(100)의 공진 주파수의 변화들이 측정으로 고려될 수 있다.
일부 예들에서, 서셉터(116)는 교체 가능할 수 있다. 예를 들어, 서셉터(116)는 일회용일 수 있고, 예를 들어 가열하도록 배열된 에어로졸 발생 재료(164)와 통합될 수 있다. 따라서, 측정에 의한 공진 주파수의 결정은 서셉터(116)가 교체되는 대로, 상이한 서셉터들(116) 사이의 차이들, 및/또는 인덕터(108)에 대한 서셉터(116)의 배치에서의 차이들을 고려할 수 있다. 또한, 인덕터(108), 또는 실제로 공진 회로(100)의 임의의 구성요소는, 예를 들어 특정 사용 후에 또는 손상 후에 교체 가능할 수 있다. 따라서, 유사하게는, 공진 주파수의 결정은, 인덕터(108)가 교체되는 대로, 상이한 인덕터들(108) 사이의 차이들, 및/또는 서셉터(116)에 대한 인덕터(108)의 배치에서의 차이들을 고려할 수 있다.
따라서, 제어기는, 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스(150)의 시동 시에, 및/또는 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스(150) 내에의 신규 및/또는 교체 서셉터(116)의 설치 시에, 및/또는 실질적으로 에어로졸 발생 디바이스(150) 내에의 신규 및/또는 교체 인덕터(108)의 설치 시에 RLC 회로(100)의 공진 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 제어기(114)는 결정된 공진 주파수에 기초하여, 서셉터(116)가 유도 가열되게 하는 제1 주파수(f)를 결정하도록 배열되고, 제1 주파수는 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있다(즉, 공진 이탈).
도 3b는 일 예에 따른, RLC 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)을 개략적으로 도시하며, 응답(300) 상에 마킹된 특정 점들(흑색 원들)이 상이한 구동 주파수들(f A , f B , f C , f' A )에 대응한다. 도 3b의 예에서, 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)은 회로(100)가 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써 회로(100)에 흐르는 전류(I)의 개략적인 도표로 도시되어 있다. 응답(300)은, 예를 들어 회로(100)가 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써, 예를 들어 제어기(114)에 의해 측정된 회로(100)의 전류(I)(또는 대안적으로 다른 전기적 특성)에 대응할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 그리고 전술한 바와 같이, 응답(300)은 공진 주파수(f r ) 주위에 중심설정된 피크를 형성한다. 공진 회로(100)가 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우, 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I)는 주어진 공급 전압에 대해 최대(I max )가 된다. 공진 회로가 공진 주파수(f r ) 위에 있는(예를 들어, 공진 주파수(f r ) 보다 높은) 주파수(f' A )에서 구동되는 경우, 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I A )는 주어진 공급 전압에 대한 최대(I max )보다 작다. 유사하게, 공진 회로가 공진 주파수(f r ) 아래에 있는(예를 들어, 공진 주파수(f r ) 보다 낮은) 주파수(f A , f B , f C )에서 구동되는 경우, 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I A , I B , I C )는 주어진 공급 전압에 대한 최대(I max )보다 작다. 공진 회로가 주어진 공급 전압에 대해 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우와 비교하여 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 하나에서 구동되는 경우에 공진 회로에 흐르는 전류(I)가 적기 때문에, 공진 회로(110)의 인덕터(108)로부터 서셉터(116)로의 에너지 전달이 적으며, 따라서 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도는 회로가 주어진 공급 전압에 대해 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우에 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도와 비교하여 적을 것이다. 따라서, 공진 회로(100)가 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 하나에서 구동되도록 제어함으로써, 제어기는 서셉터(116)가 가열되는 정도를 제어할 수 있다.
이해되는 바와 같이, 공진 회로(100)가 구동되도록 제어되는 주파수가 공진 주파수(f r )로부터 (위 또는 아래로) 멀어질수록, 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도는 작아진다. 그럼에도 불구하고, 각각의 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A )에서, 에너지가 회로(100)의 인덕터(108)로부터 서셉터(116)로 전달되고, 서셉터(116)는 유도 가열된다.
일부 예들에서, 제어기(114)는 사전결정된 양을 결정된 공진 주파수(f r )에 더하거나 뺌으로써, 또는 사전결정된 팩터를 공진 주파수(f r )에 곱하거나 나눔으로써, 또는 임의의 다른 연산에 의해, 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 하나 이상을 결정하고, 공진 회로(100)가 이러한 제1 주파수에서 구동되도록 제어할 수 있다. 사전결정된 양 또는 팩터, 또는 다른 연산은, 공진 회로(100)가 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )에서 구동될 때 서셉터(116)가 여전히 유도 가열되도록, 즉 서셉터(116)가 실질적으로 유도 가열되지 않을 정도로 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )가 공진에서 이탈하지 않도록 설정될 수 있다. 사전결정된 양 또는 팩터 또는 연산은 사전에, 예를 들어 제조 동안에 결정되거나 계산되고, 예를 들어 제어기(114)에 의해 액세스 가능한 메모리(도시되지 않음)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 회로(100)의 응답(300)은 사전에 측정될 수 있고, 회로(100)에서의 상이한 전류 흐름(I A , I B , I C )에 대응하는 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 및 그에 따른 서셉터(116)의 유도 가열의 상이한 정도들을 초래하는 연산들이 결정되고, 제어기(114)에 의해 액세스 가능한 메모리(도시되지 않음)에 저장될 수 있다. 제어기는 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도를 제어하기 위해 적절한 연산 및 그에 따른 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 선택할 수 있다.
다른 예들에서, 상기에 언급된 바와 같이, 제어기(114)는, 예를 들어 회로(100)가 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써 회로(100)의 전기적 특성을 측정 및 기록함으로써, 구동 주파수(f)의 함수로써 공진 회로(100)의 응답(300)을 결정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이것은, 예를 들어 디바이스(150)의 시동 시에 또는 회로(100)의 구성요소 부품들의 교체 시에 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이것은 디바이스의 작동 동안에 수행될 수 있다. 다음에, 제어기(114)는, 예를 들어 전술한 바와 같은 기술들을 사용하여 측정된 응답(300)을 분석함으로써, 공진 주파수(f r )에 대한 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 결정할 수 있다. 다음에, 제어기(114)는 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도를 제어하기 위해, 적절한 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 선택할 수 있다. 전술한 것과 유사하게, 공진 회로(100)의 측정된 응답에 기초하여 제1 주파수를 결정하는 것은 공진 회로(100)의 구성요소 부품들의 교체 또는 그것의 상대 위치결정과 같은 디바이스(150) 내의 변화들뿐만 아니라, 예를 들어 서셉터(116), 공진 회로(100) 또는 디바이스(150)의 상이한 온도들 또는 다른 조건들로 인한 응답(300) 자체의 변화들에 대해 보다 정확하고 강인한 제어를 허용할 수 있다.
일부 예들에서, 제어기(114)는 응답(300)의 피크의 대역폭을 나타내는 특성을 결정하고, 결정된 특성에 기초하여 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 응답(300)의 피크의 대역폭(B)에 기초하여 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 결정할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 피크의 대역폭(B)은
Figure 112019110719799-pct00002
에서의 피크의 전폭(full width)(Hz)이다. 공진 회로(100)의 응답(300)의 피크(300)의 피크의 대역폭(B)을 나타내는 특성은 사전에, 예를 들어 디바이스의 제조 동안에 결정되고, 제어기(114)에 의해 액세스 가능한 메모리(도시되지 않음)에 사전저장될 수 있다. 특성은 응답(300)의 피크의 폭을 나타낸다. 따라서, 이러한 특성의 사용은 응답(300)을 분석하지 않고서 공진 주파수(f r )에서 최대에 대한 주어진 정도의 유도 가열을 초래하는 제1 주파수를 제어기(114)가 결정하는 간단한 방식을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는, 예컨대 대역폭(B)을 나타내는 특성의 비율 또는 배수를 결정된 공진 주파수(f r )에 더하거나 뺌으로써, 제1 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는 결정된 공진 주파수(f r )를 취하고 대역폭(B)의 절반인 주파수를 결정된 공진 주파수(f r )에 더하거나 뺌으로써 제1 주파수를 결정할 수 있다. 도 3a에서 알 수 있는 바와 같이, 이것은
Figure 112019110719799-pct00003
의 회로에 흐르는 전류(I), 및 그에 따라 주어진 전압에 대해 회로(100)가 공진 주파수에서 구동되는 경우와 비교하여 서셉터(116)가 가열되는 정도의 감소를 초래할 것이다.
다른 예들에서, 제어기(114)는, 전술한 바와 같이, 회로(100)의 응답(300)의 분석으로부터, 예를 들어 회로(100)가 구동되는 구동 주파수(f)의 함수로써의 회로(100)의 전기적 특성의 측정으로부터, 대역폭(B)을 나타내는 특성을 결정할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
회로(100)가 구동되도록 제어되는 결정된 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )는 공진 주파수(f r ) 위 또는 아래에 있고(즉, 공진 이탈), 따라서 서셉터(116)가 공진 회로(100)에 의해 유도 가열되는 정도는 주어진 공급 전압에 대해 공진 주파수(f r )에서 구동되는 경우와 비교하여 더 작다. 이에 의해, 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도의 제어가 달성된다.
상기에 언급된 바와 같이, 서셉터(116)가 가열되는 속도 및/또는 서셉터(116)가 가열되는 정도를 제어하는 것이 유용할 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 제어기(114)는 공진 회로(100)의 구동 주파수가 서로 각각 상이한 복수의 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 하나가 되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A )은 각각 제어기(114)에 의해 결정되고, 다음에 서셉터(116)(및 그에 따른 에어로졸 발생 재료(164))가 가열되는 원하는 정도에 따라, 복수의 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 적절한 하나가 선택될 수 있다.
상기에 언급된 바와 같이, 발생된 에어로졸의 특성들, 예컨대 발생된 에어로졸의 성질, 향미 및/또는 온도를 변경시키거나 향상시키기 위해, 예를 들어 특정 가열 프로파일에 따라 (서셉터(116)를 통한) 에어로졸 발생 재료(164)의 가열을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 제어기(114)는 시퀀스에 따라 복수의 제1 주파수들을 통해 순차적으로 공진 회로(100)의 구동 주파수(f)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 시퀀스는 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도가 시퀀스를 통해 증가되는 가열 시퀀스에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제어기(114)는, 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수에 더 근접하도록, 공진 회로(100)가 구동되는 구동 주파수를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 3b를 참조하면, 시퀀스는 제1 주파수(f C ), 이어서 제1 주파수(f B ), 이어서 제1 주파수(f A )일 수 있으며, 여기서 f A 는 f B 보다 공진 주파수(f r )에 더 가깝고, f B 는 f C 보다 공진 주파수(f r )에 더 가깝다. 이러한 경우에, 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I)는 그에 맞춰 I C , 이어서 I B , 이어서 I A 가 되며, 여기서 I C 는 I B 보다 작고, I B 는 결국 I A 보다 작다. 결과적으로, 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도는 시간의 함수로써 증가한다. 이것은 예를 들어, 에어로졸 발생 재료(164)의 시간적 가열 프로파일을 제어 및 그에 따라 조정하며, 따라서 에어로졸 전달을 조정하는데 유용할 수 있다. 따라서, 디바이스(150)는 보다 유연성을 갖는다. 예를 들어, 시퀀스는 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도가 시퀀스를 통해 증가되는 가열 시퀀스에 대응할 수 있다. 다른 예로서, 제어기(114)는 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수로부터 더 멀도록, 공진 회로(100)가 구동되는 구동 주파수(f)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 도 3b를 참조하면, 시퀀스는 제1 주파수(f A ), 이어서 제1 주파수(f B ), 이어서 제1 주파수(f C )일 수 있으며, 따라서 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I)는 그에 맞춰 I A , 이어서 I B , 이어서 I C 가 되며, 여기서 I C 는 I B 보다 작고, I B 는 결국 I A 보다 작다. 결과적으로, 서셉터(116)가 유도 가열되는 정도는 시간의 함수로써 감소한다. 이것은, 예를 들어 서셉터(116) 또는 에어로졸 발생 매체(164)의 온도를 보다 제어된 방식으로 감소시키는데 유용할 수 있다. 상기에 언급된 시퀀스들에서, 시퀀스에서의 각 주파수는 최종 주파수보다 공진 주파수에 더 가깝지만(또는 멀지만), 반드시 그럴 필요는 없으며, 소망에 따라 임의의 순서의 복수의 제1 주파수들을 포함하는 다른 시퀀스들이 이어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 예들에서, 제어기(114)는, 예를 들어 제어기(114)에 의해 액세스 가능한 메모리(도시되지 않음)에 저장된 복수의 사전정의된 시퀀스들로부터 복수의 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )의 시퀀스를 선택할 수 있다. 시퀀스는, 예를 들어 상기에 언급된 가열 시퀀스 또는 냉각 시퀀스, 또는 임의의 다른 사전정의된 시퀀스일 수 있다. 제어기(114)는, 예를 들어 가열 또는 냉각 모드 선택과 같은 사용자 입력, 사용되는 서셉터(116) 또는 에어로졸 발생 매체(164)의 유형(예를 들어, 사용자 입력에 의해 또는 다른 식별 수단으로부터 식별됨), 서셉터(116) 또는 에어로졸 발생 매체(164)의 온도와 같은 전체 디바이스(150)로부터의 작동 입력들 등에 기초하여 복수의 시퀀스들 중 어느 것을 선택할지를 결정할 수 있다. 이것은 사용자의 요망 또는 작동 환경에 따라 에어로졸 발생 재료(164)의 시간적 가열 프로파일을 제어하고 그에 따라 조정하는데 유용할 수 있고, 보다 유연한 디바이스(150)를 허용한다.
일부 예들에서, 제어기(114)는 구동 주파수가 제1 시간 기간 동안에 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )로 유지되도록 제어할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(114)는 각각의 하나 이상의 시간 기간들 동안에 복수의 제1 주파수들(f A , f B , f C , f' A ) 중 하나 이상으로 제1 주파수가 유지되도록 제어할 수 있다. 이것은 서셉터(116) 및 에어로졸 발생 재료(164)의 가열 프로파일의 추가 조정 및 유연성을 허용한다.
특정 예로서, 상이한 상태들 또는 모드들 사이, 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)가 소정 시간 기간 동안에 비교적 낮은 '유지' 또는 '예열' 정도로 가열되는 '유지' 상태와, 에어로졸 발생 재료(164)가 소정 시간 기간 동안에 비교적 높은 정도로 가열되는 '가열' 상태 사이에서 (서셉터(116)를 통한) 에어로졸 발생 재료(164)의 가열을 제어하는 것이 유용할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 그러한 상태들 사이에서의 제어는 에어로졸 발생 디바이스(150)가 주어진 활성화 신호로부터 상당량의 에어로졸을 발생시킬 수 있는 시간을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
특정 예가 도 3b에 개략적으로 도시되어 있으며, 도 3b는 일 예에 따른, 시간(t)의 함수로써 서셉터(116)(또는 에어로졸 발생 재료(164))의 온도(T)의 도표를 개략적으로 도시하고 있다. 시간(t 1 ) 이전에, 디바이스(150)는 '오프' 상태에 있을 수 있고, 즉 공진 회로(100)에 전류가 흐르지 않는다. 따라서, 서셉터(116)의 온도는 주변 온도(T G ), 예를 들어 21 ℃일 수 있다. 시간(t 1 )에서, 디바이스(150)는 예를 들어 사용자가 디바이스(150)를 켜는 것에 의해 '온' 상태로 전환된다. 제어기(114)는 회로(100)가 제1 주파수(f B )에서 구동되도록 제어한다. 제어기(114)는 시간 기간(P 12 ) 동안에 제1 주파수(f B )로 구동 주파수(f)를 유지한다. 시간 기간(P 12 )은 후술하는 바와 같이, 시간(t 2 )에서 제어기(114)에 의해 추가 입력이 수신될 때까지 지속된다는 점에서 개방형 기간(open-ended period)일 수 있다. 제1 주파수(f B )에서 구동되는 회로(100)는 교류 전류(I B )가 회로(100) 및 그에 따른 인덕터(108)에 흐르게 하고, 따라서 서셉터(116)가 유도 가열되게 한다. 서셉터(116)가 유도 가열됨에 따라, 서셉터(116)의 온도(및 그에 따른 에어로졸 발생 재료(164)의 온도)는 시간 기간(P 12 )에 걸쳐 증가한다. 이러한 예에서, 서셉터(116)(및 에어로졸 발생 재료(164))는 일정한 온도(T B )에 도달하도록 기간(P 12 )에서 가열된다. 온도(T B )는, 주변 온도(T G )보다 높지만 상당량의 에어로졸이 에어로졸 발생 재료(164)에 의해 발생되는 온도보다 낮은 온도일 수 있다. 온도(T B )는 예를 들어 100 ℃일 수 있다. 따라서, 디바이스(150)는 에어로졸 발생 재료(164)가 가열되지만 에어로졸이 실질적으로 생성되지 않거나 상당량의 에어로졸이 생성되지 않는 '예열' 또는 '유지' 상태 또는 모드에 있다. 시간(t 2 )에서, 제어기(114)는 활성화 신호와 같은 입력을 수신한다. 활성화 신호는 사용자가 디바이스(150)의 버튼(도시되지 않음)을 누름으로써, 또는 그 자체로 알려진 퍼프 검출기(도시되지 않음)로부터 생성될 수 있다. 활성화 신호의 수신 시에, 제어기(114)는 회로(100)가 공진 주파수(f r )에서 구동되도록 제어할 수 있다. 제어기(114)는 시간 기간(P 23 ) 동안에 공진 주파수(f r )로 구동 주파수(f)를 유지한다. 시간 기간(P 23 )은, 시간(t 3 )에서 제어기(114)에 의해 추가 입력이 수신될 때까지, 예를 들어 사용자가 더 이상 버튼(도시되지 않음)을 누르지 않거나, 퍼프 검출기(도시되지 않음)가 더 이상 활성화되지 않을 때까지, 또는 최대 가열 지속시간이 경과했을 때까지, 지속된다는 점에서 개방형 기간일 수 있다. 공진 주파수(f r )에서 구동되는 회로(100)는 교류 전류(I MAX )가 회로(100) 및 인덕터(108)에 흐르게 하고, 따라서 서셉터(116)가 주어진 전압에 대해 최대 정도로 유도 가열되게 한다. 서셉터(116)가 최대 정도로 유도 가열됨에 따라, 서셉터(116)의 온도(및 에어로졸 발생 재료(164)의 온도)는 시간 기간(P 23 )에 걸쳐 증가한다. 이러한 예에서, 서셉터(116)(및 에어로졸 발생 재료(164))는 일정한 온도(T MAX )에 도달하도록 기간(P 23 )에서 가열된다. 온도(T MAX )는 '예열' 온도(T B )보다 높고, 실질적으로 에어로졸 발생 재료(164)에 의해 상당량의 에어로졸이 발생되는 온도 또는 그 초과의 온도일 수 있다. 온도(T MAX )는 예를 들어 300 ℃일 수 있다(물론, 재료(164), 서셉터(116), 전체 디바이스(105)의 배열 및/또는 다른 요건들 및/또는 조건들에 따라 상이한 온도일 수 있음). 따라서, 디바이스(150)는 에어로졸이 실질적으로 생성되거나 상당량의 에어로졸이 생성되는 온도에 에어로졸 발생 재료(164)가 도달하는 '가열' 상태 또는 모드에 있다. 에어로졸 발생 재료(164)가 이미 예열되어 있기 때문에, 따라서, 디바이스(150)가 상당량의 에어로졸을 생성하기 위해 활성화 신호로부터 걸리는 시간은 '예열' 또는 '유지' 상태가 적용되지 않는 경우에 비해 감소된다. 따라서, 디바이스(150)는 보다 빠른 응답성을 갖는다.
상기 예에서, 제어기(114)는 공진 회로(100)가 활성화 신호의 수신 시에 공진 주파수(f r )에서 구동되도록 제어했지만, 다른 예들에서, 제어기(114)는 공진 회로(100)가 '예열' 모드 또는 상태의 제1 주파수(f B )보다 공진 주파수(f r )에 더 가까운 제1 주파수(f A , f C )에서 구동되도록 제어할 수 있다.
일부 예들에서, 서셉터(116)는 니켈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서셉터(116)는 얇은 니켈 코팅을 갖는 본체 또는 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본체는 약 25 ㎛의 두께를 갖는 연강 시트(sheet of mild steel)일 수 있다. 다른 예들에서, 시트는 상이한 재료, 예컨대 알루미늄 또는 플라스틱 또는 스테인리스강 또는 다른 비자성 재료들로 제조될 수 있고, 그리고/또는 상이한 두께, 예컨대 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 본체는 니켈로 코팅되거나 전기 도금될 수 있다. 니켈은, 예를 들어 5 ㎛ 미만, 예컨대 2 ㎛ 내지 3 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 코팅 또는 전기 도금은 상이한 재료를 가질 수 있다. 비교적 작은 두께만을 갖는 서셉터(116)를 제공하는 것은 사용 시에 서셉터(116)를 가열하는데 필요한 시간을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 시트 형태의 서셉터(116)는 서셉터(116)로부터 에어로졸 발생 재료(164)로의 높은 정도의 열 결합(heat coupling) 효율을 허용할 수 있다. 서셉터(116)는 에어로졸 발생 재료(164)를 포함하는 소모품에 통합될 수 있다. 서셉터(116) 재료의 얇은 시트가 이러한 목적에 특히 유용할 수 있다. 서셉터(116)는 일회용일 수 있다. 그러한 서셉터(116)는 비용 효과적일 수 있다. 일 예에서, 니켈 코팅 또는 도금된 서셉터(116)는 에어로졸 발생 디바이스(150)의 작동 범위일 수 있는 약 200 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다.
일부 예들에서, 서셉터(116)는 강철일 수 있거나 강철을 포함할 수 있다. 서셉터(116)는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 두께, 예를 들어 약 25 ㎛의 두께를 갖는 연강 시트일 수 있다. 비교적 작은 두께만을 갖는 서셉터(116)를 제공하는 것은 사용 시에 서셉터(116)를 가열하는데 필요한 시간을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 서셉터(116)는, 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)가 일회용일 수 있는 에어로졸 발생 재료(164)와 통합되는 것과는 대조적으로, 장치(105)에 통합될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어 사용 후에, 예컨대 사용에 따른 열 및 산화 응력으로 인한 열화 후에, 서셉터(116)의 교체를 가능하게 하기 위해, 서셉터(116)는 장치(115)로부터 제거 가능할 수 있다. 따라서, 서셉터(116)는 드물게 교체될 것이라는 점에서 "반영구적"일 수 있다. 서셉터들(116)로서의 연강 시트들 또는 포일들, 또는 니켈 코팅된 강철 시트들 또는 포일들은, 내구성이 있고, 따라서 예를 들어 에어로졸 발생 재료(164)와의 다수의 접촉 및/또는 예를 들어 다수의 사용에 따른 손상에 저항할 수 있기 때문에, 이러한 목적에 특히 적합할 수 있다. 시트 형태의 서셉터(116)는 서셉터(116)로부터 에어로졸 발생 재료(164)로의 높은 정도의 열 결합 효율을 허용할 수 있다.
철의 큐리 온도(Tc)는 770 ℃이다. 연강의 큐리 온도(Tc)는 약 770 ℃일 수 있다. 코발트의 큐리 온도(Tc)는 1127 ℃이다. 일 예에서, 연강 서셉터(116)는 에어로졸 발생 디바이스(150)의 작동 범위일 수 있는 약 200 ℃ 내지 약 300 ℃ 범위의 온도들로 가열될 수 있다. 디바이스(150)에서의 서셉터(116)의 작동 온도 범위로부터 떨어진 큐리 온도(Tc)를 갖는 서셉터(116)는, 이러한 경우에 회로(100)의 응답(300)에 대한 변화들이 서셉터(116)의 온도 작동 범위에 걸쳐 상대적으로 작을 수 있기 때문에 유용할 수 있다. 예를 들어, 250 ℃에서 연강과 같은 서셉터 재료의 포화 자화의 변화는 비교적 작고, 예를 들어 주변 온도들에서의 값에 비해 10% 미만일 수 있으며, 따라서 예시적인 작동 범위에 있어서의 상이한 온도들에서의 회로(100)의 인덕턴스(L) 및 그에 따른 공진 주파수(f r )의 결과적인 변화는 비교적 작을 수 있다. 이것은 결정된 공진 주파수(f r )가 사전결정된 값에 정확히 기초하게 하고, 따라서 제어를 보다 간단하게 할 수 있다.
도 4는 에어로졸 발생 디바이스(150)의 서셉터(116)의 유도 가열을 위해 RLC 공진 회로(100)를 제어하는 방법(400)을 개략적으로 도시하는 흐름도이다. 단계(402)에서, 상기 방법(400)은, 예를 들어 RLC 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 메모리로부터 검색함으로써, 또는 그것을 측정함으로써, RLC 회로(100)의 공진 주파수(f r )를 결정하는 단계를 포함한다. 단계(404)에서, 상기 방법(400)은 서셉터(116)가 유도 가열되게 하는 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )를 결정하는 단계를 포함하고, 제1 주파수는 결정된 공진 주파수(f r ) 위 또는 아래에 있다. 예를 들어, 상기 결정은 사전저장된 양을 공진 주파수(f r )에 더하거나 뺌으로써, 또는 회로(100)의 주파수 응답의 측정에 기초하여 이루어질 수 있다. 단계(406)에서, 상기 방법(400)은 서셉터(116)를 가열하기 위해 RLC 공진 회로(100)의 구동 주파수(f)가 결정된 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )가 되도록 제어하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제어기(114)는 RLC 회로(100)를 제1 주파수(f A , f B , f C , f' A )에서 구동하도록 제어 신호를 H-브리지 드라이버(114)에 송신할 수 있다.
제어기(114)는 프로세서(processor) 및 메모리(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 메모리는 프로세서에 의해 실행 가능한 명령들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 프로세서 상에서 실행될 때, 프로세서가 전술한 방법(400)을 수행하게 하고, 그리고/또는 전술한 예들 중 어느 하나 또는 이들의 조합의 기능을 수행하게 할 수 있는 명령들을 저장할 수 있다. 명령들은 임의의 적합한 저장 매체, 예를 들어 비일시적 저장 매체에 저장될 수 있다.
상기 예들 중 일부는 회로가 구동되는 주파수(f)의 함수로써 RLC 공진 회로(100)에 흐르는 전류(I)의 관점에서 RLC 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)을 언급했지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 다른 예들에서, RLC 회로(100)의 주파수 응답(300)은 회로가 구동되는 주파수(f)의 함수로써 RLC 공진 회로에 흐르는 전류(I)와 관련될 수 있는 임의의 척도일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 주파수 응답(300)은, 주파수(f)에 대한 회로의 임피던스의 응답일 수 있거나, 전술한 바와 같이, 회로가 구동되는 주파수(f)의 함수로써, 인덕터에 걸쳐 측정된 전압, 또는 공진 회로에의 공급 전압 라인 또는 트랙에 흐르는 전류의 변화에 의한 픽업 코일에의 전류 유도로부터 생성된 전압 또는 전류, 또는 RLC 공진 회로의 인덕터(108)에 의한 감지 코일에의 전류 유도로부터 생성된 전압 또는 전류, 또는 비유도성 픽업 코일 또는 비유도성 필드 센서(non-inductive field sensor), 예컨대 홀 효과 디바이스(Hall effect)로부터의 신호일 수 있다. 각각의 경우에, 주파수 응답(300)의 피크의 주파수 특성이 결정될 수 있다.
상기 예들 중 일부에서, 응답(300)의 피크의 대역폭(B)이 언급되었지만, 응답(300)의 피크의 폭의 임의의 다른 표시기(indicator)가 대신에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 임의의 사전결정된 응답 진폭 또는 최대 응답 진폭의 부분에서의 피크의 전폭 또는 반폭이 사용될 수 있다. 다른 예들에서, Q = f r /B를 통해 공진 회로(100)의 대역폭(B) 및 공진 주파수(f r )와 관련될 수 있는, 공진 회로(100)의 소위 "Q" 또는 "Quality" 팩터 또는 값은, 적절한 팩터들이 적용된 상기 예들에서 설명된 것과 유사하게, 대역폭(B) 및 공진 주파수(f r ) 대신에 결정되고, 그리고/또는 측정 및 사용될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 따라서, 일부 예들에서, 회로(100)의 Q 팩터가 측정되거나 결정될 수 있고, 그에 따라서 회로(100)의 공진 주파수(f r ), 회로(100)의 대역폭(B) 및/또는 회로(100)가 구동되는 제1 주파수가 결정된 Q 팩터에 기초하여 결정될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 예들은 최대치와 연관된 피크를 언급하지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 결정된 주파수 응답(300) 및 그것이 측정되는 방식에 따라, 피크는 최소치와 연관될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 예를 들어, 공진에서, RLC 회로(100)의 임피던스는 최소가 되고, 따라서 구동 주파수(f)의 함수로써의 임피던스가 예를 들어 주파수 응답(300)으로서 사용되는 경우들에서, RLC 회로의 주파수 응답(300)의 피크는 최소치와 연관될 것이다.
상기 예들 중 일부에서, 제어기(114)가 RLC 공진 회로(100)의 주파수 응답(300)을 측정하도록 배열되는 것으로 설명되고 있지만, 다른 예들에서, 제어기(114)는 별도의 측정 또는 제어 시스템(도시되지 않음)에 의해 제어기(114)에 통신된 주파수 응답 데이터를 분석함으로써 공진 주파수 또는 제1 주파수를 결정할 수 있거나, 예를 들어, 별도의 제어 또는 측정 시스템에 의해 공진 주파수 또는 제1 주파수를 통신함으로써 직접적으로 공진 주파수 또는 제1 주파수를 결정할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 다음에, 제어기(114)는 RLC 회로(100)가 구동되는 주파수를 그렇게 결정된 제1 주파수로 제어할 수 있다.
상기 예들 중 일부에서, 제어기(114)가 제1 주파수를 결정하고 공진 회로가 구동되는 주파수를 제어하도록 배열되는 것으로 설명되고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 다른 예들에서, 반드시 제어기(114)이거나 제어기(114)를 포함할 필요가 없는 장치가, 제1 주파수를 결정하고 공진 회로가 구동되는 주파수를 제어하도록 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상기 장치는, 예를 들어 전술한 방법들에 의해 제1 주파수를 결정하도록 배열될 수 있다. 상기 장치는, 제어 신호를, 예를 들어 H-브리지 드라이버(102)에 송신하여, 공진 회로(100)가 그렇게 결정된 제1 주파수에서 구동되게 제어하도록 배열될 수 있다. 이러한 장치 또는 제어기(114)는 반드시 에어로졸 발생 디바이스(150)의 일체형 부분일 필요는 없으며, 예를 들어 에어로졸 발생 디바이스(150)와 함께 사용하기 위한 별도의 장치 또는 제어기(114)일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 장치 또는 제어기(114)는 반드시 공진 회로를 제어하기 위한 것일 필요는 없고, 그리고/또는 반드시 공진 회로가 구동되는 주파수를 제어하도록 배열될 필요는 없으며, 다른 예들에서, 장치 또는 제어기(114)는 제1 주파수를 결정하지만, 그 자체가 공진 회로를 제어하지는 않도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수를 결정한 경우, 장치 또는 제어기(114)는 이러한 정보, 또는 결정된 제1 주파수를 나타내는 정보를 별도의 제어기(도시되지 않음)로 송신할 수 있거나, 또는 별도의 제어기(도시되지 않음)는 장치 또는 제어기(114)로부터 정보 또는 표시를 얻을 수 있고, 다음에 별도의 제어기(도시되지 않음)는 이러한 정보 및 표시에 기초하여 공진 회로가 구동되는 주파수를 제어하고, 예를 들어 공진 회로가 구동되는 주파수가 제1 주파수가 되도록 제어하고, 예를 들어 H-브리지 드라이버(102)가 제1 주파수에서 공진 회로를 구동하도록 제어한다.
상기 예들에서, 장치 또는 제어기(114)가 에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 것으로 설명되고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 다른 예들에서, 장치 또는 제어기(114)는 임의의 디바이스, 예를 들어 임의의 유도 가열 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 것일 수 있다.
상기 예들에서, RLC 공진 회로(100)가 H-브리지 드라이버(102)에 의해 구동되는 것으로 설명되고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 다른 예들에서, RLC 공진 회로(100)는 공진 회로(100)에서 교류 전류를 제공하기 위한 임의의 적합한 구동 요소, 예컨대 발진기(oscillator) 등에 의해 구동될 수 있다.
상기 예들은 본 발명의 예시적인 예들로서 이해되어야 한다. 임의의 일 예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 단독으로, 또는 설명된 다른 특징들과 조합하여 사용될 수 있고, 또한 임의의 다른 예들의 하나 이상의 특징들 또는 임의의 다른 예들의 임의의 조합과 조합하여 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 청구범위에 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기에서 설명되지 않은 균등물들 및 변형예들도 또한 이용될 수 있다.

Claims (30)

  1. 에어로졸 발생 디바이스(aerosol generating device)로서,
    서셉터(susceptor)의 유도 가열을 위한 단일 RLC 공진 회로(RLC resonance circuit); 및
    제어기를 포함하고, 상기 제어기는 사용 시에:
    상기 RLC 공진 회로의 공진 주파수(resonance frequency)를 결정하고;
    결정된 공진 주파수에 기초하여, 상기 서셉터가 유도 가열되게 하는 상기 RLC 공진 회로에 대한 제1 주파수를 결정하고 ― 상기 제1 주파수는 상기 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있음 ―; 그리고
    상기 서셉터를 가열하기 위해 상기 RLC 공진 회로의 구동 주파수가 결정된 제1 주파수가 되게 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수는 주어진 공급 전압에서 상기 서셉터가 제1 정도로 유도 가열되게 하기 위한 것이며, 상기 제1 정도는 제2 정도보다 작으며, 상기 제2 정도는 상기 RLC 공진 회로가 공진 주파수에서 구동될 때, 상기 주어진 공급 전압에서 상기 서셉터가 유도 가열되게 하는 정도인,
    에어로졸 발생 디바이스.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 구동 주파수가 제1 시간 기간 동안에 상기 제1 주파수로 유지되게 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 구동 주파수가 서로 각각 상이한 복수의 제1 주파수들 중 하나가 되게 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제어기는, 시퀀스(sequence)에 따라 상기 복수의 제1 주파수들을 통해 상기 구동 주파수를 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 시퀀스를 복수의 사전정의된 시퀀스들 중 하나로부터 선택하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 상기 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수에 더 가깝도록 상기 구동 주파수를 제어하거나,
    상기 시퀀스에서의 제1 주파수들 각각이 상기 시퀀스에서의 이전의 제1 주파수보다 공진 주파수로부터 더 멀어지도록 상기 구동 주파수를 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 구동 주파수가 각각의 하나 이상의 시간 기간들 동안에 상기 복수의 제1 주파수들 중 하나 이상으로 유지되게 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 구동 주파수의 함수로써 상기 RLC 공진 회로의 전기적 특성을 측정하고;
    상기 측정에 기초하여 상기 RLC 공진 회로의 공진 주파수를 결정하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 RLC 공진 회로가 구동되는 구동 주파수의 함수로써 상기 RLC 공진 회로의 측정된 전기적 특성에 기초하여 상기 제1 주파수를 결정하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 상기 RLC 공진 회로의 인덕터(inductor)에 걸쳐 측정된 전압이며, 상기 인덕터는 상기 서셉터로의 에너지 전달을 위한 것인,
    에어로졸 발생 디바이스.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 전기적 특성의 측정은 수동 측정(passive measurement)인,
    에어로졸 발생 디바이스.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 감지 코일(sense coil)에 유도된 전류를 나타내며, 상기 감지 코일은 상기 RLC 공진 회로의 인덕터로부터의 에너지 전달을 위한 것이고, 상기 인덕터는 상기 서셉터로의 에너지 전달을 위한 것인,
    에어로졸 발생 디바이스.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 픽업 코일(pick-up coil)에 유도된 전류를 나타내며, 상기 픽업 코일은 공급 전압 요소로부터의 에너지 전달을 위한 것이고, 상기 공급 전압 요소는 구동 요소에 전압을 공급하기 위한 것이고, 상기 구동 요소는 상기 RLC 공진 회로를 구동하기 위한 것인,
    에어로졸 발생 디바이스.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 실질적으로 상기 에어로졸 발생 디바이스의 시동 시에, 및/또는 실질적으로 상기 에어로졸 발생 디바이스 내에의 신규 및/또는 교체 서셉터의 설치 시에, 및/또는 실질적으로 상기 에어로졸 발생 디바이스 내에의 신규 및/또는 교체 인덕터의 설치 시에 상기 RLC 공진 회로의 공진 주파수 및/또는 상기 제1 주파수를 결정하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 RLC 공진 회로의 응답의 피크(peak)의 대역폭(bandwidth)을 나타내는 특성을 결정하고―상기 피크는 공진 주파수에 대응함―;
    결정된 특성에 기초하여 상기 제1 주파수를 결정하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 RLC 공진 회로를 복수의 주파수들 중 하나 이상에서 구동하도록 배열된 구동 요소를 포함하며;
    상기 제어기는 상기 구동 요소가 결정된 제1 주파수에서 상기 RLC 공진 회로를 구동하게 제어하도록 배열되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 구동 요소는 H-브리지 드라이버(H-Bridge driver)를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  20. 제1 항에 있어서,
    상기 RLC 공진 회로를 더 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  21. 에어로졸 발생 디바이스로서,
    사용 시에 에어로졸 발생 재료(aerosol generating material)를 가열하여 에어로졸(aerosol)을 발생시키도록 배열된 서셉터―상기 서셉터는 RLC 공진 회로에 의한 유도 가열을 위해 배열됨―; 및
    제1 항, 제2 항, 및 제4 항 내지 제20 항 중 어느 한 항의 에어로졸 발생 디바이스를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 서셉터는 니켈 및 강철 중 하나 이상을 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 서셉터는 니켈 코팅을 갖는 본체를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 니켈 코팅은 실질적으로 5 ㎛ 미만, 또는 실질적으로 2 ㎛ 내지 3 ㎛ 범위의 두께를 갖는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 니켈 코팅은 상기 본체 상에 전기 도금되는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  26. 제22 항에 있어서,
    상기 서셉터는 연강 시트이거나 연강 시트를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  27. 제26 항에 있어서,
    상기 연강 시트는 실질적으로 10 ㎛ 내지 실질적으로 50 ㎛ 범위의 두께를 갖거나, 실질적으로 25 ㎛의 두께를 갖는,
    에어로졸 발생 디바이스.
  28. 에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 단일 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 방법으로서,
    상기 RLC 공진 회로의 공진 주파수를 결정하는 단계;
    상기 서셉터가 유도 가열되게 하는 상기 RLC 공진 회로에 대한 제1 주파수를 결정하는 단계―상기 제1 주파수는 결정된 공진 주파수 위 또는 아래에 있음―; 및
    상기 서셉터를 가열하기 위해 상기 RLC 공진 회로의 구동 주파수가 결정된 제1 주파수가 되도록 제어하는 단계
    를 포함하는,
    에어로졸 발생 디바이스의 서셉터의 유도 가열을 위한 단일 RLC 공진 회로와 함께 사용하기 위한 방법.
  29. 삭제
  30. 프로세싱 시스템(processing system)에 의해 실행될 때, 상기 프로세싱 시스템이 제28 항의 방법을 수행하게 하는,
    매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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