电子吸烟装置和胶囊的制作方法

本申请是申请日为2015年10月12日、发明名称为“电子吸烟装置和胶囊”的申请号为201580059759.x专利申请的分案申请。

本申请涉及一种用于电子吸烟装置的胶囊以及包括电子吸烟装置和可以安装在电子吸烟装置上的胶囊的系统。

背景技术：

诸如电子烟等电子吸烟装置通常包括容纳电源(例如，电池)的外壳、雾化器以及控制电子元件，该雾化器包含电加热器并适于将从储器或胶囊供应的液体雾化成烟雾，该控制电子元件控制加热器的激活。设置在电子吸烟装置中的抽吸检测器配置成检测使用者在装置上的抽吸(例如，通过感测穿过装置的负压或气流模式)并向控制电子元件发送抽吸信号。当检测到信号时，控制电子元件激活雾化器，从而产生烟雾。雾化器的动作称为“雾化”，相关的产物称为“烟雾”，不论组成如何，可能含有气态和烟状成分。

胶囊通常是一次性的。这消除了在重新填充非一次性储器时使用者接触液体的风险。利用一次性容器或胶囊，当胶囊变空时或者当要雾化不同类型的液体时，使用者简单地将该胶囊整体更换下来。

然而，电子吸烟装置不能容易地检测到在胶囊中剩余的液体量，并且不能对该胶囊进行认证。

因此，在电子吸烟装置和胶囊系统的设计中仍然存在工程难题。

技术实现要素：

在包括电子吸烟装置和胶囊的系统中，所述电子吸烟装置可以具有外壳、控制电子元件和抽吸检测器。电池(优选可充电电池)向雾化器供电，所述雾化器将从所述胶囊供应的液体雾化以提供烟雾。所述控制电子元件控制所述雾化器。所述抽吸检测器向所述控制电子元件指示烟雾吸入的抽吸。所述胶囊包含待供应到所述雾化器的液体并且可以安装在所述电子吸烟装置中。

所述胶囊可以包括具有存储器的控制器，其能够接收来自所述电子吸烟装置的控制电子元件的数据并能够向所述控制电子元件传输数据。所述胶囊可以具有由所述电子吸烟装置对其进行充电的电容器，使得所述电容器可以向所述控制器供电。所述胶囊可以经由与所述电子吸烟装置中或上的相应电触头连接的一对电触头与所述电子吸烟装置进行通信。

所述控制器的存储器可以适于存储从所述胶囊获取的抽吸次数和/或适于存储认证码。当将所获取的抽吸次数存储在胶囊中时，可以将胶囊从电子吸烟装置中移除(例如，为了用具有不同口味的胶囊暂时将它更换下来)，同时系统仍然具有关于该胶囊中的实际液体量的信息。如果胶囊包含认证码(其优选是清楚的)，则胶囊可以由电子吸烟装置的控制电子元件识别为合适的胶囊。

在一些实施方案中，从胶囊获取的抽吸次数未存储在胶囊中，而是存储在电子吸烟装置的控制电子元件的存储器中(例如，存储在由微控制器寻址的存储器中)。在这种情况下，可以使用胶囊的认证码来将该存储器的特定区域分配给该特定胶囊，并且将从该胶囊获取的抽吸次数存储在该区域中。类似地，存储器的另一区域可以用于存储从具有不同认证码的不同胶囊中获取的抽吸次数。以这种方式，例如，包含不同口味的胶囊可以部分地使用、交换和稍后再次使用，同时电子吸烟装置的控制电子元件持续掌握各个胶囊的实际抽吸计数。

通常，需要两个电触头来经由电子吸烟装置的电池向胶囊中的控制器供电。另一方面，为了传输数字信息，必须将信号线置于表示两种不同状态的电压电平上，例如，用于逻辑“0”的接地电压电平和用于逻辑“1”或用于将具有不同持续时间的接地电压电平信号隔开的明显不同的正(或负)电压电平。为了仅利用总共两个电触头来实现电力供应和传输数据，可以使用胶囊中的电容器。所述电容器由所述电子吸烟装置对其进行充电，使得所述电容器可以在当它不能向控制器供电时的数据传输期间的中间间隔期间(例如在当信号线处于接地电压电平时的间隔期间)向所述胶囊中的控制器供电。

所述胶囊可以包括二极管，当所述电容器向所述控制器供电时，所述二极管适于防止所述电容器放电。

所述胶囊的控制器可以包括计时器，特别是产生预定长度的脉冲并测量脉冲的持续时间的计时器。如果胶囊的其中一个电触头限定为接地触头，并且胶囊的另一个电触头限定为信号触头(对应于上述信号线)，则在电子吸烟装置的控制电子元件和胶囊的控制器之间传输的数据可以编码为在信号触头处的限定成接地电平和高电平的电压电平的序列。优选地，所述数据被二进制编码为0位和1位，其中所述电子吸烟装置的控制电子元件和所述胶囊的控制器适于在预选周期传输作为接地电平信号的0位，并且在不同的预选周期传输作为接地电平信号的1位，其中这些接地电平信号由相应的高电平信号隔开。在这种情况下，当所述信号触头处的电压电平为高电平时，可以对所述胶囊的电容器进行充电，而当所述信号触头处的电压电平为接地电平时，所述电容器向所述控制器供电。由于通常不需要快速的数据传输，所以接地电平信号之间的断开可以相对较长，从而有足够的时间经由高电平信号对电容器进行充电。也可以使用对数据进行二进制编码的其他方案。

所述胶囊的控制器可以包括由所述控制器控制的fet(场效应晶体管)，并且当所述电压电平变为接地电平时所述fet将所述信号触头切换到所述接地触头。

数据传输序列和信息交换可以例如经由固件程序由胶囊的控制器协同电子吸烟装置的控制器一起控制。

通常，可以将胶囊中所需的电子部件的成本保持在低水平。

在一些实施方案中，所述胶囊可以包括具有用于提供进入口的端侧的壳体，其中所述进入口由可刺穿的膜封闭。所述膜可以是金属箔片，其也可以任选地用作所述电触头中的一个。所述电触头中的至少一个也可以配置在所述壳体的外表面上。

存在许多用于提供电触头的方法。

例如，壳体的非导电性基材可以在壳体的内侧上涂覆有第一导电层(或第一导电区域)并在壳体的外侧上涂覆有第二导电层(或第二导电区域)，其提供了彼此隔离的两个电触头。当将这种胶囊插入电子吸烟装置中时，例如通过用于刺穿膜(在该实施方案中，其可以是非导电性的)以便打开让液体通过的孔的金属部件，可以接触壳体的第一导电区域。例如，经由保持胶囊的支撑金属部件，可以连接第二导电区域。

所述控制器和所述电容器可以收容在所述胶囊的内部空间中，优选收容在与容纳所述液体的储器隔开的内部空间中。

电池和/或雾化器可以是电子吸烟装置的部件。

可选择地，在一些实施方案中，雾化器可以集成在胶囊中。在这种实施方案中，可以在胶囊上设置第三电触头，以经由电子吸烟装置中的电池和控制电子元件向雾化器的加热器供电。在这种情况下，第一电触头用作接地触头(用于将加热器的一个端子连接到地以及用于数据传输)，第二电触头用作用于数据传输的信号线(见上文)，并且第三电触头用于将加热器的另一个端子连接到电源。然而，经由胶囊中的由控制器控制的电路，可以将第二电触头同时用于数据传输和向加热器供电，使得总共两个电触头就足以使装置运行。

附图说明

在下文中，通过示出了实施例的附图对本发明进行更详细地说明。

图1是电子吸烟装置和胶囊的示意性纵断面图，

图2是图1的胶囊以及其与电子吸烟装置的电连接件的示意性放大纵断面图，和

图3是示出了胶囊的控制器与电子吸烟装置的控制电子元件之间的数据通信的示意性电路框图。

具体实施方式

图1示出了包括电子吸烟装置1和胶囊的系统的实施方案的示意性纵断面图。

电子吸烟装置1可以包括圆筒状外壳2和被设计成可拆卸盖的烟嘴4。取下烟嘴4提供了到用作液体储器并且还包括电子控制器的可更换的胶囊6的入口。

外壳2容纳可以是诸如锂离子电池等可充电电池的电池10，其中电池10任选地包括其自己的电路。电池10经由导线12,13与包括安装在印刷电路板15上的集成电路的控制电子元件14连接。印刷电路板15也可以支撑发光二极管(led)16，这些发光二极管被组装在设于外壳2中的各个窗口的后方以指示电子吸烟装置1的当前状态。

抽吸检测器18与控制电子元件14连接。抽吸检测器18可以是当使用者在烟嘴4处吸入时检测在外壳2内产生的真空的吸入传感器。

在所示出的例子中，雾化器20具有经由导线23与控制电子元件14连接的加热器22。加热器22包括安装在陶瓷壳体上的加热丝，该陶瓷壳体也支撑由编织金属或海绵状金属材料制成的导芯装置24。在导芯装置24的远端的刺穿尖端25能够穿透用于密封胶囊6的膜26，使得收容在胶囊6中的液体28可以被从胶囊6引导出，并通过导芯装置24到达加热器22。

烟嘴4在其自由端具有吸入孔30。在电子吸烟装置1的相对端可以设有允许电池10例如经由usb端口再充电的充电端口32。

在使用中，将新的胶囊6插入电子吸烟装置1中，使得其膜26被刺穿，并且液体从胶囊6经由导芯装置24从胶囊6供应到加热器22。当使用者在吸入孔30处吸入时，抽吸检测器18感测外壳2内所产生的真空并向控制电子元件14发送相应的信号。响应于此，加热器22通电，使得该加热器的加热丝将液体雾化，从而产生由使用者吸入的烟雾。加热器22保持开启预定时间段。

加热器22可以按分别具有各自优点的液体的直接加热和间接加热的各种其他形式来设置。在直接加热设计中，液体直接接触加热元件，该加热元件可以是线圈、棒或其他加热表面。在间接加热设计中，液体接触由单独的加热元件加热的表面，该加热元件不会与液体直接接触。除了图2所示的设计外，雾化器还可以包括缠绕在纤维束周围的加热丝，其中该纤维束与导芯装置24接触，或者其中该纤维束形成导芯装置。纤维束可以延伸到胶囊中。

可选择地，可以使用其他类型的雾化器或蒸发器。各种超声雾化器在无需加热的情况下有效地产生蒸汽。例如，使用自由运行的科尔皮兹(colpitts)振荡器的超声雾化器在800khz至2000khz的范围内产生高频能量，该高频能量驱动压电振动器将液体转变成蒸汽。也提出了具有静电、电磁或气动元件的雾化器。

图2是与图1类似的放大图，并且示出了胶囊6可以包括电子控制器40，当胶囊6安装到电子吸烟装置1的主体上时，该电子控制器经由两个电触头与电子吸烟装置1的控制电子元件14电连接。胶囊6可以具有塑料壳体，该壳体内部的控制器40通过中间壁42与液体28隔开。

其中一个电触头由膜26提供，该膜可以被设计成经由内部导线44与控制器40连接的金属箔片。内部导线44可以穿过液体28，如图2所示，或者例如，可以被引导通过在胶囊6的外表面上的导管。另一条导线45将金属导芯装置24(包括其刺穿尖端25)连接到控制电子元件14，如图2所示。因此，当将胶囊6插入电子吸烟装置1中并且刺穿尖端25刺穿膜26时，建立了从电子吸烟装置1的控制电子元件14到胶囊6的控制器40的电连接。

另一个电触头可以由接触弹簧46提供，该接触弹簧接触胶囊6的其他非金属外表面上的较小金属接触区域48。如图2所示，金属接触区域48与控制器40连接。接触弹簧46经由导线49与电子吸烟装置1的控制电子元件14连接。

这两个电触头足以向胶囊6的控制器40供电并且足以允许在控制器40和电子吸烟装置1的控制电子元件14之间进行数据通信。图3是示出了这种数据通信的示意性电路框图。其中一个电触头(例如，经由刺穿的膜26提供的那个电触头)由接地符号表示，另一个电触头由上述附图标记48表示。位于虚线方块内部的部件包含在电子吸烟装置1中，其他部件包含在胶囊6中。

胶囊6的控制器40可以具有包括存储器的处理器50。如下所述，取决于操作状态，处理器50由电子吸烟装置1中的电池10供电或由安装在胶囊6中的电容器c供电。在数据传输期间，处理器50控制电子开关52(例如，fet)。

电子吸烟装置1的控制电子元件14包括可以致动电子开关62的处理器60。当关闭开关62时，对电容器c进行充电。不管何时关闭开关62，都将开关52打开。图3进一步示出了数据流的线路。

电子吸烟装置1中的控制电子元件14所表示的主单元和胶囊6中的控制器40之间的通信(数据传输)可以通过实施以下一般方法来建立：通信由主单元(即，电子吸烟装置1)发起。为了发起通信，处理器60通过关闭开关62来发送长脉冲(“数据输出”)，从而将电力供给到触头46/48并且对胶囊6中的电容器c进行充电。长脉冲长到足以对电容器进行充分地充电，例如100ms。

此后，主单元可以以二进制编码的形式发送信息，其中“1”和“0”由电平表示，例如“0”由无电力(即，开关62打开)表示，而“1”由供给电力(即，开关62关闭)表示，并且其中，例如，所有的脉冲都具有相同的长度。通信结束可以用具有不同持续时间的通电脉冲来标记。可选择地，可以通过由不同的通电持续时间表示“1”和“0”来发送信息，其中在二者之间存在断电期间以将这些脉冲隔开。断电期间(即，开关62打开)保持为很短，例如，不长于2μs，原因是在这些断电期间不对电容器c进行充电，相反的是电容器c用作胶囊6中的控制器40的电源。

控制器40的处理器50通过使用开关52向主单元发送信息(“数据输出”)。当关闭开关52时，在触头46/48处的电压电平下降至基本上接地电平，这被处理器60接收(“数据输入”)。在此期间，打开开关62以防止短路，并且电容器c向处理器50供电，同时二极管d防止电容器c放电。一旦再次打开开关52，在处理器60的“数据输入”处的电压电平就会上升并且再次对电容器c进行充电。换句话说，主单元的电池10供给有限的电力，使得对胶囊6中的电容器c进行充电，但是处理器50也能够通过使用开关52产生接地电平脉冲。以这种方式，处理器50和开关52可以产生脉冲序列，例如，用于表示“1”和“0”的具有两种不同持续时间的接地电平脉冲，这些接地电平脉冲通过还对电容器c进行充电的高电平脉冲来隔开。

如所述的，这种设计仅经由两个电触头就提供了电子吸烟装置1和胶囊6之间的通信。

胶囊6的控制器40中的电子开关52可以实施为场效应晶体管(fet)。为了将液体28的填充状态传送到电子吸烟装置1的控制电子元件14(主单元)，处理器50(包括其存储器)保留永久的抽吸计数。抽吸计数可以由8位数字表示，主单元每次发起通信时，该数字便自动递增。该递增由胶囊6中的处理器50执行。

当电子吸烟装置1的抽吸检测器18感测到抽吸时，主单元发起通信。为此，处理器60关闭开关62以发送100ms的高电平脉冲来对电容器c进行充电。处理器60通过打开开关62来结束该脉冲，并且在再次关闭开关62之前会有20μs的间隙没有电力并等待由胶囊6产生的脉冲。处理器50首先将抽吸计数递增1，然后通过8位数字将实际抽吸计数传送到处理器60。在该例子中，为了传输8位数字，开关52关闭1μs以发送“0”，并且关闭5μs以发送“1”，使其在每个二进制数字之间保持打开10μs或更长时间，以便提供足够的时间对电容器c进行再充电。

以这种方式，在主单元的处理器60的“数据输入”端口处接收8位数字。处理器60测量接地电平脉冲的持续时间，以对各个二进制数字进行解码，并存储作为胶囊6的实际抽吸计数的8位数字。

在从电子吸烟装置1中移除胶囊6并且稍后再次安装的情况下，系统会知道已经对胶囊6进行过的抽吸次数。

如果实际的抽吸计数已达到存储在处理器60中的预定最大数量，那么胶囊6是空的或几乎是空的，这可以例如经由led16的某种照明模式向使用者发出信号。

在上述例子中，实际的抽吸计数是在电子吸烟装置和胶囊之间传输的数据。也可以交换其他数据，例如，胶囊的认证码(例如，在最新的抽烟计数被传输到电子吸烟装置临前作为先导数据(leadingdata)由胶囊传输)。

在其中由胶囊6存储和传输认证码的实施方案中，电子吸烟装置1的控制电子元件14可以配置成，如果接收到无效认证码，则禁止激活雾化器20。因此，以这种方式，可以防止电子吸烟装置1与未经认证或过期的胶囊相互配合。

从上述说明可以理解的是，在用于安装在电子吸烟装置1上的胶囊6内包含电触头26,48和控制器40可以产生许多不同的优点，这取决于对由吸烟装置1利用的存储的数据的使用。在上述说明中，已经说明了对胶囊6的使用的监测和对胶囊6的真实性的确认。其他实施方案可以以其他方式来利用数据的传输。

尽管数据存储在胶囊6上的控制器40内的存储器中，但是在胶囊本身内没有提供电源，从而降低了胶囊6的复杂性。相反，如所述的，用于控制器40的电源最终由电子吸烟装置的电池10提供。从而使得胶囊6的复杂性最小化并且降低了制造成本。

通过利用封闭胶囊6的金属箔片作为用于将控制器40并入电路内并将控制器40与电池10和/或控制电子元件14连接的其中一个电触头，减小了胶囊6的复杂性。此外，如上述实施方案所述的，相同的电触头用来传输数据并且也用来提供用于向存在于胶囊6上的控制器40供电的电路。

尽管已经说明了能够在胶囊6和电子吸烟装置1之间传输数据的具体数据传输方案，但是当然也可以利用其他的数据传输方案。所选择的数据信号传输方案应该在经由电容器c向胶囊6的控制器40供电的限制内进行设计。因此，例如，优选的是，合适的数据传输方案可以包含在首次通信时的较高电压的初始周期，从而使得可以利用初始启动信号来对电容器c进行充电。此外，优选的是，断电期间应该保持为较短，因为在这些断电期间，通过电容器c的放电来提供控制器40所需的电力。

可以以如下方式粗略地估算在数据传输中的断电期间向胶囊6供电所需的电容器c的电容c：假设电池10的额定电压为3.7v，并且假设通信电子元件50,52,60,62容许3.7v～2.7v之间的电压，那么可接受的电压降为δv＝1v。进一步假设通信电子元件消耗大约i＝2ma的电流并且低脉冲持续时间t(在该期间电容器c不得不向胶囊6供电)小于500μs，那么所需的电容c如下：

i·t＝c·δv或

c＝i·t/δv＝1μf。

电容c为1μf的数量级的电容器适配于胶囊6中可用的有限空间。1μf显著高于信号整形电容器的常规电容。应该理解的是，上述数字仅是说明性例子，其并没有限制意义。

因此，示出和说明了一种新型电子吸烟装置和胶囊系统及相关方法。当然，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和替换。因此，本发明不应受限于所附权利要求书及其等同物。