一种具有固定加热元件的电磁感应加热烟具的制作方法

本发明属于烟草生产技术领域。更具体地，本发明涉及一种具有固定加热元件的电磁感应加热烟具装置。

背景技术：

加热不燃烧卷烟是一种通过电子设备加热烟草物质而非使烟草物质燃烧的抽烟方式。消费者通过电子加热设备抽吸卷烟时能感受到烟草香味，同时使常规卷烟在燃烧中高温热解所产生的有害物质明显减少，为消费者健康式抽烟提供了一条有效的途径，这种加热不燃烧卷烟在抽吸时需要有配套的加热装置进行抽吸，目前，加热不燃烧烟草产品往往采用化学加热与电加热方式进行加热。其中化学加热产品以雷诺烟草公司推出的eclipse卷烟为代表，这种产品采用阴燃的碳棒提供热量，经过铝制热导管传递热量，使烟草加热释放烟气，例如cn88106259公开了一种具有改进包裹物的吸烟制品、cn92105261公开了用于吸烟制品燃料元件的含碳组合物、cn93117863公开了吸烟制品的组合燃料元件。虽然这些技术具有开发新型加热不燃烧产品的前景，但目前由于种种技术障碍和消费体验问题并未取得广泛的市场成功。

电加热式产品以菲利浦莫里斯生产公司的iqos产品为代表，其通过电阻式加热原件提供热量，经过铝制热导管传递热量，加热烟草物料释放烟气，例如菲利普莫里斯生产公司申请的cn201380037681公开了一种控制气溶胶产生装置中的气溶胶产生的方法，所述装置包括加热器，还包括被配置用以加热气溶胶形成基质的至少一个加热元件；以及用于向加热元件提供电力的电源。cn201280070054、cn201510908619、cn201380037693、cn201280055759、cn201280070578等都涉及采用这种加热方式的烟草生产装置与生产得到的烟草制品。目前以iqos为代表的电加热产品在多个市场取得了良好的业绩，展现出良好的发展前景。但是，目前电阻式加热器具存在加热预热时间长、加热效率低、加热效果稳定性差等技术缺陷。

相对于目前广泛采用的电阻式加热方式，电磁感应加热技术则是一个全新的加热方式。电磁感应加热是通过电子线路组成部分产生交变磁场，当磁化材料处于变化磁场中时，在磁化材料表面切割交变磁力线，产生交变电流，从而使材料表面电荷高速无规律运动，碰撞摩擦产生热能，于是起到加热材料的效果。同时，电磁感应加热在能量转化效率、加热升温时间、加热原件布局方式、物料加热位置均匀性与准确性方面比电阻式加热方式更具有突出的技术优势，具备发展成为新一代加热不燃烧烟草产品的潜力。

为此，本发明针对烟用电磁感应加热装置的工作原理、具体设计进行了技术研究，并提出了一套实现烟用电磁感应加热装置的解决方案，完成了本发明。

技术实现要素：

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种具有固定加热元件的电磁感应加热烟具。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种具有固定加热元件的电磁感应加热烟具。

该电磁感应加热烟具包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装感应加热元件6，而在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装热电偶传感器7；

在直流电源1与加热腔5之间并列设置谐振电路2与控制电路3；谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接；

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

根据本发明的一种优选实施方式，所述的加热腔5的长度是20～60mm，它的内径是5～8mm。

根据本发明的另一种优选实施方式，感应加热元件6是用导电导磁材料制成的圆柱形、针形、片状或其它类似形状的加热元件；所述的导电导磁材料选自dt4纯铁、304不锈钢、1j40铁镍合金或4j40铁镍合金。

根据本发明的另一种优选实施方式，感应加热元件6的重量是50～400mg、长度10～30mmm、圆柱形直径0.5～2.0mm、片状宽度2.0～5.0mm、厚度0.1～1.0mm。

根据本发明的另一种优选实施方式，振荡电路2是lc振荡电路、石英晶体振荡电路或者rc振荡电路。

根据本发明的另一种优选实施方式，振荡电路2的工作频率是50～999khz。

根据本发明的另一种优选实施方式，振荡电路2占空比指标的调整范围是30～90％。

根据本发明的另一种优选实施方式，控制电路3是plc控制电路或者微处理器控制电路。

根据本发明的另一种优选实施方式，置于加热腔5中的配套烟支9是长度40～92mm、圆周长16.8～24.5mm的卷烟烟支。

根据本发明的另一种优选实施方式，配套烟支9的烟草物料是由一种或多种选自现有烟草烟丝、烟草碎片、烟草粉末、再造烟叶或烟草提取物的烟草物料。

下面将更详细地描述本发明。

本发明采用电磁感应加热原理进行能量输出，并通过固定在装置加热腔内的加热元件转化成为热能并传递到烟草物料中，实现烟草物料释放可供抽吸的烟气。

本发明涉及一种具有固定加热元件的电磁感应加热烟具，它包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装感应加热元件6，而在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装热电偶传感器7；该电磁感应加热烟具具体结构参见附图1。

加热腔5的长度是20～60mm，它的内径是5～8mm。在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装感应加热元件6。在配套烟支插入加热腔5时，感应加热元件6处于烟支的中心位置，人们抽吸时不必在卷烟中添加任何感应加热元件，因此能实现加热元件重复利用，有利于减低成本。

本发明的加热腔5是采用本技术领域里通常使用的材料制成的，例如使用氧化铝陶瓷材料制成的。

在本发明中，在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装感应加热元件6。感应加热元件6是用导电导磁材料制成的圆柱形、针形、片状或其它类似形状的加热元件。

在本发明中，所述的导电导磁材料应该理解是一种具有能够导电并传导磁性电磁性能的材料。凡是具有这种性能并对其电磁感应加热烟具不会产生不利影响的这些材料都可以用于本发明，它们也都在本发明的保护范围之内。

dt4纯铁、304不锈钢、1j40铁镍合金或4j40铁镍合金都具有能够导电并传导磁性电磁性能，因此，本发明可以使用这些导电导磁材料，它们都是目前市场上销售的产品，例如由东莞市铭爵金属材料有限公司以商品名dt4纯铁板材销售的dt4纯铁、由无锡汇一坚金属制品有限公司以商品名304不锈钢板材销售的304不锈钢、由上海乾福金属材料有限公司以商品名1j40铁镍合金材料销售的1j40铁镍合金、由上海乾福金属材料有限公司以商品名4j40铁镍合金材料销售的4j40铁镍合金。

使用这些导电导磁材料制成的感应加热元件6可以是圆柱形、针形、片状或其它类似形状。

为了使烟草物料加热更均热稳定，防止出现焦糊味，本发明将使用感应加热元件的重量、长度和形状尺寸控制在一定范围内。感应加热元件6的重量是50～400mg，优选地150～300mg；它的长度是10～30mm，优选地是15～20mm；它的圆柱形直径是0.5～2.0mm，优选地是1.0～1.5mm；片状宽度是2.0～5.0mm，优选地是3.0～4.0mm；厚度是0.1～1mm，优选地是0.4～0.6mm。

在直流电源1与加热腔5之间并列设置谐振电路2与控制电路3；谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；

本发明使用的谐振电路2是lc振荡电路、石英晶体振荡电路或者rc振荡电路。其中lc振荡电路可由容量为100～1000mf贴片电容和电感量为0.1～22000μh电磁感应线圈构成；石英晶体振荡电路采用由深圳市晨航科技有限公司以商品名49smd贴片晶振元件销售的石英晶振芯片构成电路系统；rc振荡电路由0.1～10欧电阻、100-1000mf贴片电容元件和晶体管电压源组成。

在本发明中，谐振电路2的工作频率是50～999khz。谐振电路2的工作频率可以按照其使用说明书描述的调整方法或常规调整方法进行调整。通过调整谐振电路2的工作频率以便适应于不同材质与尺寸的加热元件，实现对不同加热元件的理想工作效率，一般而言，加热元件直径越大，工作频率越低，加热元件直径越小，工作频率越高。

在本发明中，如果谐振电路2的工作频率低于50khz或高于999khz，则会使电磁感应加热元件匹配性降低，加热效率低，影响使用效果；因此，谐振电路2的工作频率控制在50～999khz是合理的；优选地是90～700khz。

振荡电路2占空比指标的调整范围是30～90％。在本发明中，振荡电路2占空比应该理解是在一个通电与断电周期中其通电时间所占的比例，通过占空比指标的调整，实现对设备输出功率的调整，满足对烟支加热不同阶段的功率输出要求。占空比指标调整方法是通过装置中控制电路对工作电路的占空比指标进行调整，具体参见文献“设计并实现占空比可调信号发生器”，武汉理工大学学位论文集，2011年，第134页。

在本发明中，如果振荡电路2占空比低于30％，则设备的输出能量低，装置加热效率低；如果振荡电路2占空比高于90％，则导致设备电流震荡效果降低，输出能量高，容易导致电磁感应线圈损坏；因此，振荡电路2占空比为30～90％是合适的；优选地是40～65％。

本发明使用的直流电源1是直流电池电源，它是目前市场上销售的产品，例如由深圳市华宇新能源科技有限公司以商品名18650型号锂电池销售的产品。

本发明使用的感应线圈4是有骨架式密绕线圈，它是目前市场上销售的产品，例如由佛山市明富兴金属材料有限公司以商品名电流互感器线圈销售的产品。

控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接。控制电路3的主要作用是对谐振工作电路的工作电压、电路、电流振荡频率、占空比、工作时长、指标进行实时调控，使得装置的工作条件符合预设的工作模型。

本发明使用的控制电路3是plc控制电路或者微处理器控制电路，它们都是市售的，例如由北京昆仑海岸传感技术有限公司以商品名欧姆龙cj2m-cpu13型可编程控制器开发的plc控制电路、由深圳市电之都电子有限公司以商品名stm32f103zct6stm32f103mcu单片机微片理器销售的控制芯片构成的微处理器控制电路。

本发明使用的直流电源1与谐振电路2已经在前面描述过，故在此不再赘述。

本发明使用的热电偶传感器7是目前市场上销售的产品，例如由厦门易感智能测控技术有限公司以商品名德克罗蒙高精度超细型k型热电偶温度传感器销售的产品。

本发明的感应加热元件6与热电偶传感器7相互连接，热电偶传感器7检测到感应加热元件6的温度变化，并通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制。或者，

谐振电路2、感应加热元件6和控制电路3相互连接，控制电路3监测感应加热元件6在不同温度条件下的阻值变化，根据控制模型计算加热元件的实时温度变化，并通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制。

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

制造外壳8的材料例如是聚乙烯塑料、聚苯乙烯塑料、聚乳酸塑料或聚碳酸酯塑料。

置于加热腔5中的配套烟支9是长度40～92mm、圆周长16.8～24.5mm的卷烟烟支，这是根据现有卷烟机和相对应的电磁感应加热器加热腔尺寸所决定的。

配套烟支使用的烟草物料是由一种或多种选自现有烟草烟丝、烟草碎片、烟草粉末、再造烟叶或烟草提取物的烟草物料，它们都是目前市场上销售的产品。在烟草物料段后接装降温段和过滤段，再卷制成卷烟。

在本发明中加热烟具装置在配套烟支插入加热装置后，接受电磁线圈发出的能量进行感应加热，装置的加热工作时间为60-240s/支。

[有益效果]

本发明的有益效果是：

本发明的具有固定加热元件的电磁感应加热烟具装置对烟草物料加热均匀，从开始到加热结束都能稳定的释放烟气，能够满足广大吸烟者对抽吸烟草制品的需求，感应加热元件固定于加热腔内可实现加热元件的重复利用，有利于减低成本，电磁感应加热装置稳定可靠、经久耐用、易于制造，能够实现大规模工业化生产。

【附图说明】

图1是本发明具有固定加热元件的电磁感应加热烟具结构图；

图中：

1-直流电源；2-谐振电路；3-控制电路；4-感应线圈；5-加热腔；6-感应加热元件；7-热电偶传感器；8-设备外壳；9-配套烟支。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：本发明电磁感应加热烟具

该实施例的实施方式如下：

本发明电磁感应加热烟具包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

由深圳市华宇新能源科技有限公司以商品名18650型号锂电池销售的直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；长度45mm、内径7mm的加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装尺寸为直径2mm，长度25mm感应加热元件6，它是用由杭州海狄金属制品有限公司以商品名dt4纯铁材料销售的dt4纯铁导电导磁材料制成的圆柱形加热元件；它的重量是50mg、长度10mm、圆柱形直径0.5mm；

在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装由佛山市明富兴金属材料有限公司以商品名电流互感器线圈销售的感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装由厦门易感智能测控技术有限公司以商品名德克罗蒙高精度超细型k型热电偶温度传感器销售的热电偶传感器7；

在直流电源1与加热腔5之间并列设置由容量为100～1000mf贴片电容和电感量为0.1～22000μh电磁感应线圈构成的lc振荡电路2与由北京昆仑海岸传感技术有限公司以商品名欧姆龙cj2m-cpu13型可编程控制器开发的plc控制电路3，该谐振电路2的工作频率是650khz；它的占空比指标是70％；

谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接；

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

热电偶传感器7与感应加热元件6连接能够检测到感应加热元件6的温度变化，通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制，长度40mm、圆周长16.8mm的配套烟支9置于加热腔5中，每支烟的加热时间达到60s。

实施例2：本发明电磁感应加热烟具

该实施例的实施方式如下：

本发明电磁感应加热烟具包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

由深圳市华宇新能源科技有限公司以商品名18650型号锂电池销售的直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；长度60mm、内径8mm的加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装有感应加热元件6，它是用由无锡汇一坚金属制品有限公司以商品名304不锈钢材料销售的304不锈钢制成的圆柱形加热元件；它的重量是150mg、长度18mm、圆柱形直径2.0mm；

在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装由佛山市明富兴金属材料有限公司以商品名电流互感器线圈销售的感应线圈销售的感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装由由厦门易感智能测控技术有限公司以商品名德克罗蒙高精度超细型k型热电偶温度传感器销售的热电偶传感器7；

在直流电源1与加热腔5之间并列设置由深圳市晨航科技有限公司以商品名49smd贴片晶振元件销售的石英晶振芯片构成的石英晶体振荡电路2与由深圳市电之都电子有限公司以商品名stm32f103zct6stm32f103mcu单片机微片理器销售的控制芯片构成的微处理器控制电路3；其中谐振电路2的工作频率是999khz；它的占空比指标是90％；

谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接；

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

热电偶传感器7与感应加热元件6连接能够检测到感应加热元件6的温度变化，通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制，长度58mm、圆周长24.5mm的配套烟支9置于加热腔5中，每支烟的加热时间达到120s。

实施例3：本发明电磁感应加热烟具

该实施例的实施方式如下：

本发明电磁感应加热烟具包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

由深圳市华宇新能源科技有限公司以商品名18650型号锂电池销售的直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；长度20mm、内径5mm的加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装有感应加热元件6，它是用由上海乾福金属材料有限公司以商品名1j40铁镍合金材料销售的导电导磁材料制成的针形加热元件；它的重量是280mg、长度24mm、直径0.5mm；

在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装由佛山市明富兴金属材料有限公司以商品名电流互感器线圈销售的感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装由厦门易感智能测控技术有限公司以商品名德克罗蒙高精度超细型k型热电偶温度传感器销售的热电偶传感器7；

在直流电源1与加热腔5之间并列设置由阻值为0.1-10欧的电阻，由容量为100-1000mf的贴片电容元件和晶体管电压源组成的rc谐振电路2与由北京昆仑海岸传感技术有限公司以商品名欧姆龙cj2m-cpu13型可编程控制器开发的plc控制电路3；其中谐振电路2的工作频率是50khz；它的占空比指标是30％；

谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接；

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

热电偶传感器7与感应加热元件6连接能够检测到感应加热元件6的温度变化，通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制，长度76mm、圆周长16.8mm的配套烟支9置于加热腔5中，每支烟的加热时间达到180s。

实施例4：本发明电磁感应加热烟具

该实施例的实施方式如下：

本发明电磁感应加热烟具包括直流电源1，它还包括谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6、热电偶传感器7与外壳8；

由深圳市华宇新能源科技有限公司以商品名18650型号锂电池销售的直流电源1位于该电磁感应加热烟具下部；长度32mm、内径6mm的加热腔5位于该电磁感应加热烟具上部；在加热腔5的底部沿着其中心轴固定安装有感应加热元件6，它是用由海乾福金属材料有限公司以商品名4j40铁镍合金材料销售的4j40铁镍合金材料制成的片状加热元件；它的重量是400mg、长度30mmm、片状宽度3.0mm、厚度0.1mm；

而在加热腔5的外壁上以缠绕方式安装由佛山市明富兴金属材料有限公司以商品名电流互感器线圈销售的感应线圈4，在感应加热元件6的底部安装由厦门易感智能测控技术有限公司以商品名德克罗蒙高精度超细型k型热电偶温度传感器销售的热电偶传感器7；

在直流电源1与加热腔5之间并列设置由并列设置由阻值为0.1-10欧的电阻、容量为100-1000mf的贴片电容元件和晶体管电压源组成的rc谐振电路2与深圳市电之都电子有限公司以商品名stm32f103zct6stm32f103mcu单片机微片理器销售的控制芯片构成的微处理器控制电路3；其中谐振电路2的工作频率是350khz；它的占空比指标是50％；

谐振电路2分别与直流电源1和感应线圈4电连接；控制电路3分别与直流电源1、谐振电路2和热电偶传感器7电连接；

外壳8将直流电源1、谐振电路2、控制电路3、感应线圈4、加热腔5、感应加热元件6与热电偶传感器7包装成一个整体。

热电偶传感器7与感应加热元件6连接能够检测到感应加热元件6的温度变化，通过控制电路3进行控制反馈，实现对加热温度的控制，长度92mm、圆周长24.5mm的配套烟支9置于加热腔5中，每支烟的加热时间达到240s。