电子蒸气提供系统的制作方法

本公开涉及电子蒸气提供系统，诸如电子尼古丁传送系统(例如，电子烟)。

背景技术：

电子蒸气提供系统，诸如电子烟和其它烟雾传送系统，通常包括待被蒸发的液体的储液器，该液体通常为尼古丁(有时将这称为“电子液体”)。当用户在装置上吸气时，电(例如电阻式)加热器被激活以蒸发少量液体，实际上产生烟雾，该烟雾因此被用户吸入。液体可包括位于诸如乙醇或水的溶剂中的尼古丁以及有助于烟雾形成的丙三醇或丙二醇，并且还可包括一种或多种额外的调味剂(flavor)。本领域技术人员将知道有许多不同的液体制剂可用于电子烟和其他这样的装置中。

电子烟可具有支持外部数据通信的接口。该接口可用于例如将控制参数和/或更新的软件从外部源加载到电子烟上。可替代地或附加地，该接口可被用于将数据从电子烟下载到外部系统。例如，下载的数据可表示电子烟的使用参数、故障状况等。如本领域技术人员将知道的，许多其他形式的数据可在电子烟与一个或多个外部系统(其可以是另一电子烟)之间进行交换。

在某些情况下，电子烟用的与外部系统进行通信的接口基于有线连接，诸如使用到电子烟的微型、迷你或普通usb连接的usb链路。电子烟用的与外部系统进行通信的接口也可以基于无线连接。这样的无线连接相对于有线连接具有某些优点。例如，用户不需要任何额外的布线来形成这样的连接。另外，用户在移动、建立连接以及配对装置的范围方面具有更大的灵活性。

注意，许多电子烟已经提供对usb接口的支持，以便允许电子烟被再充电。因此，这种有线接口的额外使用也提供数据通信是相对直接的。但是，提供无线数据连接的情况更为复杂。

技术实现要素：

本发明在所附权利要求中限定。

本文中提供的电子蒸气提供系统包括：电加热器，用于蒸发液体以形成由电子蒸气提供系统的用户吸入的烟雾，以及通信接口，用于提供无线通信。通信接口被配置为使用加热器作为用于无线通信的天线。

还提供了一种用于这种电子蒸气提供系统的控制单元。

附图说明

图1是根据本公开的一些实施例的电子烟的示意(分解)图。

图2是根据本公开的一些实施例的图1的电子烟的主要电气/电子组件的示意图。

图3是根据本公开的一些实施例的图1的电子烟的处理器的简化示意图。

图4是图1的电子烟与智能电话之间的无线通信的示意图。

图5是根据本公开的一些实施例的电子烟的烟弹雾化器(cartomiser)的示意(分解)图。

图6是根据本公开的一些实施例的来自图5的烟弹雾化器的蒸发器的示意(分解)图。

具体实施方式

如上所述，本公开涉及一种诸如电子烟的电子蒸气提供系统。遍及下面的描述，使用术语“电子烟”；但是，该术语可与电子蒸气提供系统、烟雾传送装置和其它类似术语互换使用。

图1是根据本公开的一些实施例的电子烟10的示意(分解)图(未按比例)。电子烟包括主体或控制单元20和烟弹雾化器30。烟弹雾化器30包括液体(通常包括尼古丁)的储液器38、加热器36和衔口35。电子烟10具有纵轴或柱轴，其沿着电子烟的中心线从位于烟弹雾化器30的一端处的衔口35向控制单元20的相反端(通常称为末端)延伸。该纵轴在图1中用标记la的虚线来表示。

烟弹雾化器中的液体储液器38可以液体形式直接保存(电子)液体，或者可使用一些吸收结构(诸如泡沫基体或棉质材料等)作为液体的保持器。然后，将液体从储液器38汇入以被传送到包括加热器36的蒸发器。例如，液体可通过毛细作用从储液器38经由烟绳(wick，烟芯)(图1中未示出)流到加热器36。

在其他装置中，液体可以以植物材料或一些其它(表面固体的)植物衍生物材料的形式提供。在这种情况下，液体可被视为在材料被加热时进行蒸发的该材料中的挥发物。注意，包含这类材料的装置通常不需要烟绳来将液体输送到加热器，而是相对于材料提供加热器的适当配置以提供适当的加热。

控制单元20包括用于向电子烟10提供电力的可再充电电池单元(cell)或电池(battery，电池组，蓄电池)54(以下称为电池)和印刷电路板(pcb)28和/或用于通常控制电子烟的其他电子装置。

如图1所示，控制单元20和烟弹雾化器30彼此可拆卸，但是当装置10在使用中时，例如，它们通过螺纹或卡口组装件而结合在一起。烟弹雾化器30和控制单元20上的连接器分别在图1中示意性地表示为31b和21a。控制单元和烟弹雾化器之间的这种连接提供了两者之间的机械和电气连接。

当控制单元从烟弹雾化器拆卸时，控制单元上用于连接到烟弹雾化器的电连接器21a还可用作连接充电装置(未示出)的插口。该充电装置的另一端可插入usb插座，以对电子烟的控制单元中的电池54再充电。在其他实施方案中，电子烟可设置有(例如)电缆，用于在电连接器21a与usb插座之间直接连接。

控制单元设置有与pcb28相邻的用于空气入口的一个或多个孔。这些孔连接到穿过控制单元的空气通道，直到通过连接器21a提供的空气通道。然后，这将穿过烟弹雾化器30的空气路径连接到衔口35。注意，加热器36和液体储液器38被配置为提供连接器31b与衔口35之间的空气通道。该空气通道可流经烟弹雾化器30的中心，其中液体储液器38限制为围绕该中心路径的环形区域。可替代地(或附加地)，气流通道可位于液体储液器38与烟弹雾化器30的外壳之间。

当用户通过衔口35吸入时，空气通过一个或多个进气孔被吸入控制单元20。该气流(或相关联的压力变化)由传感器检测，例如压力传感器，传感器进而激活加热器36，以蒸发从储液器38馈入的尼古丁液体。气流从控制单元传送到蒸发器，在此气流与尼古丁蒸气结合。气流和尼古丁蒸气的这种组合(实际上是烟雾)然后穿过烟弹雾化器30并且从衔口35中流出以被用户吸入。烟弹雾化器30可从控制单元拆卸，并且当尼古丁液体的供应被耗尽时被处理掉(然后用另一个烟弹雾化器替换)。

应当理解，图1所示的电子烟10仅作为实例来呈现，并且可采用许多其他实现方案。例如，在一些实施方案中，将烟弹雾化器30分成含有液体储液器38的烟弹和包含加热器36的单独的蒸发器部。在该配置中，在储液器38中的液体已经耗尽之后，可处理掉烟弹，但是保留包含加热器36的单独的蒸发器部。可替代地，电子烟可设置有如图1所示的烟弹雾化器30，或者被构造为单件(一体)装置，但液体储液器38是(用户)可替换的烟弹的形式。进一步可能的变型是，加热器36可位于烟弹雾化器30的与图1所示的一端相反的端处，即位于液体储液器38与衔口35之间，或者加热器36沿着烟弹雾化器的中心轴la定位，并且液体储液器呈在加热器35的径向外侧的环形结构的形式。

本领域的技术人员还将意识到控制单元20的许多可能的变型。例如，气流可在末端，即与连接器21a相反的一端进入控制单元，附加或替代临近pcb28的气流。在这种情况下，气流通常将沿着电池54与控制单元的外壁之间的通道朝着烟弹雾化器被抽吸。类似地，控制单元可包括位于末端或末端附近的pcb，例如位于电池与末端之间。附加或者替代pcb28，可设置这样的pcb。

此外，附加或替代在烟弹雾化器与控制单元之间的连接点处充电之外，电子烟可支持在末端处充电，或者经由装置上的任何其他地方的插口进行充电。(应当理解，一些电子烟被设置为基本一体的单元，在这种情况下，用户不能将烟弹雾化器与控制单元断开)。除了(或替代)有线充电之外，其他电子烟还可支持无线(感应)充电。

上述对图1所示的电子烟的潜在变型的讨论仅作为实例。本领域技术人员将意识到电子烟10的进一步的潜在变型(和变变型的组合)。

图2是根据本公开的一些实施例的图1的电子烟10的主要功能组件的示意图。注意：图2主要涉及电气连接性和功能性-它不旨在表示不同组件的物理尺寸，也不旨在表示它们在控制单元20或烟弹雾化器30内的物理放置的细节。另外，应当理解，图2中所示的位于控制单元20内的至少一些组件可安装在电路板28上。可替代地，这些组件中的一个或多个反而可容纳在控制单元中与电路板28一起操作，而不是物理安装在电路板本身上。例如，这些组件可位于一个或多个附加电路板上，或者它们可单独设置(诸如电池54)。

如图2所示，烟弹雾化器包含通过连接器31b接收电力的加热器310。如将在下面更详细地描述的，加热器310还用作无线通信的天线(antenna(aerial))。控制单元20包括用于连接到烟弹雾化器30的相应连接器31b(或潜在地连接到usb充电装置)的电插口或连接器21a。则这提供了控制单元20和烟弹雾化器30之间的电连接。

控制单元20进一步包括传感器单元61，其位于或邻近从空气入口到空气出口(穿过连接器21a到达烟弹雾化器30)的穿过控制单元20的空气路径中。传感器单元包含压力传感器62和温度传感器63(也在该空气路径中或其附近)。控制单元进一步包括电容器220、处理器50、场效应晶体管(fet)开关210、电池54以及输入和输出装置59、58。

处理器50和其他电子组件(诸如压力传感器62)的操作通常至少部分地由在处理器(或其他组件)上运行的软件程序来控制。这样的软件程序可存储在诸如rom的非易失性存储器中，非易失性存储器可被集成到处理器50本身中，或者被设置为单独的组件。处理器50可根据需要和在需要时，访问rom以加载和执行各个软件程序。处理器50还包含适当的通信设备(communicationfacilities)，例如，引脚或衬垫(加上相应的控制软件)，以与控制单元20中的其它装置(诸如压力传感器62)适当地进行通信。

输出装置58可提供可见、音频和/或触觉输出。例如，输出装置可包括扬声器58、振动器和/或一个或多个灯。灯通常以一个或多个发光二极管(led)的形式设置，其可以是相同或不同颜色(或多色)的。来自输出装置的输出可用于向用户发送关于电子烟内的各种条件或状态的信号，诸如低电量警告。不同的输出信号可用于信号传送不同的状态或条件。例如，如果输出装置58是音频扬声器，则不同状态或条件可由不同音高和/或持续时间的乐音或哔哔声表示，和/或通过提供多个这样的哔哔声或乐音来表示。可替代地，如果输出装置58包括一个或多个灯，则可通过使用不同的颜色、灯的脉冲或连续照明、不同的脉冲持续时间等来表示不同的状态或条件。例如，可使用一个指示灯来显示低电量警告，而另一个指示灯可用于指示液体储液器58几乎耗尽。应当理解，给定的电子烟可包括用于支持多种不同的输出模式(音频、视觉)等的输出装置。

输入装置59可以以各种形式来设置。例如，输入装置(或多个输入装置)可被实现为电子烟外部的按钮，例如机械、电气或电容(触摸)传感器。一些装置可支持对电子烟吹气作为输入机制(这种吹气可由压力传感器62检测，那么压力传感器62还作为输入装置59的一种形式)，和/或连接/断开烟弹雾化器30和控制单元20作为另一种形式的输入机制。再次，应当理解，给定的电子烟可包括用于支持多种不同的输入模式的输入装置59。

如上所述，电子烟10提供从空气入口穿过电子烟，经过压力传感器62和烟弹雾化器30中的加热器310到达衔口35的空气路径。因此，当用户在电子烟的衔口吸入时，处理器50基于来自压力传感器62的信息来检测这种吸入。响应于这种检测，cpu从电池54向加热器供电，从而加热和蒸发来自液体储液器38的尼古丁，以供用户吸入。

在图2所示的具体实施方案中，fet210连接在电池54和连接器21a之间。该fet210用作开关。处理器50连接到fet的栅极以操作开关，从而允许处理器根据检测到的气流的状态将从电池54到加热器310的电力流接通或断开。应当理解，加热器电流可相对较大，例如在1-5安培范围内，因此fet210应被实施以支持这种电流控制(同样地，任何其他形式的开关可被用于替代fet210)。

为了提供对从电池54到加热器310流动的电力量更精细粒度的控制，可采用脉冲宽度调制(pwm)方案。pwm方案可基于如1ms的重复周期。在每个这样的周期内，开关210在周期中的一部分内被导通，并且开关210在该周期的剩余部分内被截止。这是由占空比进行参数化，因此占空比为0表示开关在各周期的全部时间被截止(即实际上永久断开)，0.33的占空比表示开关在每个周期的三分之一时间导通，0.66的占空比表示开关在每个周期的三分之二的时间内导通，占空比为1表示fet在每个周期的所有时间内导通(即实际上永久接通)。应当理解，这些仅作为占空比设定的实例给出，并且可根据需要使用中间值。

pwm的使用为加热器提供有效功率，该有效功率由标称可用功率(基于电池输出电压和加热器电阻)乘以占空比而给出。例如，处理器50可在吸入开始时利用1的占空比(即，全功率)以首先尽可能快地将加热器310升高到其期望的操作温度。一旦达到了所期望的操作温度，处理器50就可将占空比减小到一些合适的值，以便将加热器310保持在期望的操作温度。

如图2所示，处理器50包括通信接口55，用于无线通信，特别是支持蓝牙低功耗通信。加热器310用作供通信接口55使用的天线，用于发送和接收无线通信。对此的一个动机在于，控制单元20可具有金属壳体202，而烟弹雾化器部30可具有塑料壳体302(反映出烟弹雾化器30是一次性的，而控制单元20被保留，并因此需要更耐用的事实)。金属壳体用作屏蔽或者势垒，这使得难以将天线定位在控制单元20本身内。然而，利用加热器310作为无线通信用的天线避开了这种金属屏蔽，因为该烟弹雾化器为塑料壳体，而且没有给烟弹雾化器增加额外的组件或复杂性(或成本)。

如图2所示，处理器50，更具体地，通信接口55通过电容器220耦接到从电池54(经由连接器31b)到加热器310的电力线。该电容耦接出现在开关210的下游，这是因为无线通信可在加热器不被供电加热时进行操作(如下面更详细地讨论的)。应当理解，电容器220防止从电池54到加热器310的电力供给被转向到处理器50。

注意，电容耦接可以用更复杂的lc(电感器-电容器)网络来实现，lc网络也可提供与通信接口55的输出的阻抗匹配。(本领域技术人员已知的是，该阻抗匹配支持在通信接口55和用作天线的加热器310之间适当的信号转移，而不是使这些信号沿着连接反射回来)。

在一些实施方案中，处理器50和通信接口使用从位于英国reading的dialogsemiconductorplc获得的dialogda14580芯片实现。有关此芯片的进一步信息(和资料表(datasheet))可从以下来获得：http://www.dialog-semiconductor.com/products/bluetooth-smart/smartbond-da14580。

图3给出了该芯片50的高度和简化概述，该芯片包括用于支持蓝牙低功耗的通信接口55。该接口具体包括用于执行信号调制和解调等的无线电收发器520、链路层硬件512和高级加密设备(128位)511。来自无线电收发器520的输出经由电容耦接220和连接器21a和31b连接到作为天线的加热器310。

处理器50的其余部分包括通用处理核心530、ram531、rom532、一次性编程(otp)单元533、通用目的i/o系统560(用于与pcb28上的其他组件通信)、电源管理单元540和用于连接两条总线的桥570。存储在rom532和/或otp单元533中的软件指令可被加载到ram531(和/或加载到作为核心530的一部分设置的内存中)，以供核心530内的一个或多个处理单元执行。这些软件指令使处理器50实现本文描述的各种功能，诸如与传感器单元61接口连接并相应地控制加热器。注意，尽管图3所示的装置既用作通信接口55也用作电子蒸气提供系统10的通用控制器，但在其他实施例中，这两个功能可在两个或更多个不同装置(芯片)之间分离——例如，一个芯片可用作通信接口55，另一个芯片可用作电子蒸气提供系统10的通用控制器。

在一些实施方案中，处理器50可被配置为防止当加热器用于蒸发来自储液器38的液体时进行无线通信。例如，当开关210切换导通时，无线通信可被暂停、终止或阻止开始。相反，如果无线通信正在进行，则可防止加热器的激活——例如通过丢弃来自传感器单元61的气流的检测和/或通过在无线通信正在进行时不操作开关210来接通到加热器310的电力。

防止加热器310同时用于加热和无线通信的操作的一个原因是避免来自加热器的pwm控制的任何潜在的干扰。该pwm控制具有其自己的频率(基于脉冲的重复频率)，尽管远低于无线通信的频率，但两者可能潜在地相互干扰。在某些情况下，这种干扰在实践中可能不会引起任何问题，并且可允许加热器310同时用于加热和无线通信的操作(如果需要的话)。这可例如通过信号强度和/或pwm频率的适当选择，提供合适的滤波等技术来促进。

图4是示出电子烟10与在智能电话400或其他合适装置(平板电脑、膝上型计算机、智能手表等)上运行的应用程序(app)之间的蓝牙低功耗通信的示意图。这种通信可用于广泛的目的，例如，升级电子烟10上的固件、从电子烟10检索使用和/或诊断数据、重置或解锁电子烟10、控制电子烟上的设置等。

一般来说，当电子烟10打开时，诸如通过使用输入装置59或者可能通过将烟弹雾化器30连接到控制单元20，它开始通告蓝牙低功耗通信。如果由智能电话400接收到该传出的通信，则智能电话400请求与电子烟10的连接。电子烟可经由输出装置58向用户通知该请求，并等待用户经由输入装置59接受或拒绝该请求。假设该请求被接受，电子烟10能够进一步与智能电话400进行通信。注意，电子烟可记住智能电话400的身份，并且能够自动接受来自该智能电话的未来的连接请求。一旦建立了连接，智能电话400和电子烟10就以客户端-服务器模式进行操作，其中智能电话作为客户端操作，发起和发送请求到电子烟，因此电子烟作为服务器操作(并且根据需要来响应请求)。

蓝牙低功耗链路(也称为蓝牙智能)实施ieee802.15.1标准，工作在2.4-2.5ghz的频率(对应于约12cm的波长)，数据速率高达1mbit/s。连接的设置时间小于6ms，平均功耗可以非常低-大约1mw或更低。蓝牙低功耗链路可延伸到大约50米。但是，对于图4所示的情况，电子烟10和智能电话400通常将属于同一个人，并且因此将彼此非常接近——例如1m。有关蓝牙低功耗的进一步信息可在以下网址中查找：http://www.bluetooth.com/pages/bluetooth-smart.aspx

应当理解，电子烟10可支持用于与智能电话400(或任何其它适当装置)通信的其他通信协议。这样的其他通信协议可代替或者附加到蓝牙低功耗。这样的其他通信协议的实例包括蓝牙(不是低能耗变体)，例如参见www.bluetooth.com和近场通信(nfc)，根据iso13157。nfc通信在比蓝牙低得多的波长(13.56mhz)上操作，通常具有更短的范围——例如<0.2m。但是，这个短距离仍然与大多数使用场景兼容，如图4所示。本领域技术人员将知道可用于电子烟10中的其他无线通信协议。

图5是根据一些实施例的烟弹雾化器30的示意分解图。烟弹雾化器具有外塑料壳体302、衔口35(可形成为壳体的一部分)、蒸发器620、中空内管612和附接到控制单元的连接器31b。穿过烟弹雾化器30的气流路径从穿过连接器31b的空气入口开始，然后穿过蒸发器625和中空管612的内部，最后穿过衔口35而出。烟弹雾化器30将液体保持在(i)塑料壳体302与(ii)蒸发器620和内管612之间的环形区域中。连接器31b设置有密封件635以帮助保持该区域中的液体并防止泄漏。

图6是来自图5所示的烟弹雾化器30中的蒸发器620的示意分解图。蒸发器620具有由两个组件627a、627b形成的基本上圆柱形的壳体(托架)，每个组件具有基本上半圆形的横截面。当组装时，组件627a、627b的边缘不彼此完全抵接(至少不是沿其整个长度)，而是保留稍微的间隙625(如图5所示)。该间隙允许来自蒸发器和管612周围的外部储液器中的液体进入蒸发器620的内部。

蒸发器的组件627b中的一个支撑加热器310。有被示出用于向加热器310供电(和供应无线通信信号)的两个连接器631a、631b。更具体地说，这些连接器631a、631b将加热器连接到连接器31b，并且从连接器31b再到控制单元20。(注意，连接器631a通过在加热器310下方通过的并且在图6中不可见的布线，从连接器31b起连接至蒸发器620的远端处的焊盘632a)。

加热器310包括由烧结金属纤维材料形成的加热元件，并且通常为片状或多孔的导电材料(诸如钢)的形式。但是，应当理解，可使用其它多孔导电材料。在图6的实例中，加热元件的总电阻约为1ohm。但是，应当理解，可选择其它电阻值，例如考虑到可用的电池电压和加热元件的期望的温度/功率耗散特性。在这方面，可根据装置的取决于感兴趣的源液体的期望的烟雾(蒸气)产生性质来选择相关特性。

加热元件的主要部分通常是长方形的，长度(即，在连接器31b和接触632a之间延伸的方向)为大约20mm，宽度为大约8mm。在该实施例中，包括加热元件的片材的厚度为约0.15mm。

从图6可以看出，加热元件的大致矩形的主要部分具有从各个长边向内延伸的狭槽311。这些狭槽311接合由蒸发器壳体组件627b提供的销钉312，从而有助于保持加热元件相对于壳体组件627a、627b的位置。

狭槽向内延伸约4.8mm，且具有的宽度约为0.6mm。在加热元件的每一侧上向内延伸的狭槽311彼此分开大约5.4mm，从相对的侧向内延伸的狭槽彼此偏移大约这个间隔的一半。狭槽的这种布置的结果是，电流沿着加热元件的流动实际上被迫遵循蜿蜒路径，这导致围绕狭槽的端部的电流和电功率的集中。加热元件上不同位置处的不同电流/功率密度意味着存在相对较高电流密度的区域比相对较低电流密度的区域变得更热。这实际上为加热元件提供了不同温度的范围和温度梯度，这在烟雾提供系统的情况下是可取的。这是因为源液体的不同组分可能在不同温度下烟雾化/蒸发，因此提供具有一定温度范围的加热元件可以帮助同时烟雾化源液体中的一系列不同组分。

图6所示的加热器310具有在一个方向上伸长的大致平面形状，非常适合用作天线。结合控制单元的金属壳体202，加热器310形成近似偶极配置，其具有与蓝牙低功耗通信的波长相同数量级的物理尺寸——即相比约12cm的波长，(考虑加热器310和金属壳体202两者时)有几厘米的尺寸。实际上，已经发现，加热器310可在至少10m的范围内成功地提供蓝牙低功耗通信，这足以适应上面关于图4讨论的许多典型的使用场景(其中涉及无线通信的两个装置与单个个人相关联，并且通常将被分隔不超过1m左右)。

尽管图6示出了加热器310(加热元件)的一种形状和配置，但是本领域技术人员将会意识到各种其它可能性。例如，加热器可被提供为线圈或电阻丝的一些其它配置。另一种可能性是，加热器被配置为含有要蒸发的液体(诸如某种形式的烟草制品)的管道。在这种情况下，管道可主要用于将来自发热位置(例如通过线圈或其他加热元件)的热量运送到要蒸发的液体。在这种情况下，管道仍然作为关于待加热液体的加热器。

这种配置可再次用作支持无线配置的天线。(尽管例如线圈通常可提供比图6所示的特定几何形状更低的效率，但是对于许多预期应用而言，甚至大约1m的显著降低的传输范围仍然是可接受的)。

为了解决各种问题并提高技术水平，本公开通过图示的方式示出了可实施要求保护的发明(多个)的各种实施例。本公开的优点和特征仅仅是实施例的代表性样本，并且不是详尽的和/或排他的。它们仅用于帮助理解和教导所要求保护的发明(多个)。应当理解，本公开的优点、实施例、实例、功能、特征、结构和/或其他方面不应被认为是对由权利要求限定的公开内容的限制或对权利要求的等同物的限制，并且在不脱离权利要求的范围的情况下，可使用其他实施例并且可做成各种变型。各种实施例可适当地包括、包含或主要包括除了本文中具体描述的那些之外的所公开的元件、组件、特征、部件、步骤、装置等的各种组合。本公开可包括目前未被要求保护但将来可要求保护的其他发明。