一种电磁加热烟具的制作方法

1.本发明涉及新型烟草制品烟具领域，具体为一种电磁加热烟具。


背景技术：

2.现有的电磁方式的加热不燃烧烟具产品中，作为能量输出的线圈都采用固定匝数，固定匝间距的线圈。这带来的优势是成本较低，调节线圈上的功率可以采用降低工作电压的方式或者使电磁振荡电路间歇工作的方式实施，但缺点也比较明显。
3.首先，采用降低工作电压的方式，即降低线圈上的电压及驱动电路电压，也能实现线圈功率调整，但是，由于线圈模拟交流状态，需要开关管(通常为mos)进行配合驱动，而开关管的导通阻抗与电压相关，电压越高(在元件允许电压范围内，超出会导致损坏)，其导通阻抗越低，阻抗越低，在线路上的损耗越小，故通过降低电压的方式会降低整个电路的效率，导致功耗上升。
4.其次，采用间歇工作方式。间歇工作方式存在两种状态：工作状态和停止状态。间歇工作方式虽然会导致平均电流下降，但是，其处于工作状态时，电流值处于高位，这对电池供电系统提出了比较苛刻的要求(电池放电容量与放电电流相关，放电电流越大，能放出的总电量越小)。另外，由于是间歇工作，在工作过程中需要通过开关管进行开和关的操作，在开与关的切换中，会引入高次谐波分量，导致emi指标变差。
5.因此，针对现有的固定线圈式的电磁加热方式的特点，为了降低恒温阶段峰值功率，同时，减少开关切换时产生过多的高次谐波产生的emi辐射问题，需要开发一种新型电磁加热烟具。


技术实现要素：

6.本发明目的是为了降低恒温阶段峰值功率，同时，减少开关切换时产生过多的高次谐波产生的emi辐射问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
8.一种气溶胶生成装置，其能够通过感应加热方式加热气溶胶生成制品，以产生供用户抽吸的气溶胶；所述气溶胶生成装置包括：加热腔，用于接收所述气溶胶生成制品；第一线圈和第二线圈，周向设置于所述加热腔外侧，所述第一线圈和所述第二线圈用于产生感应场，所述第一线圈和所述第二线圈在轴向上投影至少有一部分重叠，电源，其被配置成将高频电流提供到所述第一线圈或所述第二线圈，在使用中所述第一线圈或所述第二线圈产生波动电磁场以使与所述气溶胶形成制品热接触的感受体发热且进而加热所述气溶胶生成制品的气溶胶生成基质；控制系统，所述控制系统包括线圈切换开关和温度检测单元，所述温度检测单元用于检测与所述感受体的温度相关的物理量，所述控制系统根据从所述温度检测单元接收的信号来控制所述电磁加热烟具的加热动作。
9.进一步地，所述线圈切换开关用于切换所述电源与所述第一线圈(4)或所述第二线圈(5)之间的连接。
10.进一步地，所述第一线圈和所述第二线圈被配置成轴向套设关系，所述第一线圈直径大于所述第二线圈，所述第一线圈套设于所述第二线圈外侧。
11.进一步地，所述第一线圈在轴向方向上的长度与所述第二线圈在轴向方向上的长度相等。
12.进一步地，所述第二线圈的匝数大于所述第一线圈的匝数。
13.进一步地，所述第二线圈的匝数与所述第一线圈的匝数比至少为1.5：1。
14.进一步地，所述第一线圈和所述第二线圈之间设置有隔离装置，所述隔离装置能够屏蔽电流而不屏蔽磁场。
15.进一步地，所述第一线圈的第一端口和所述第二线圈的第一端口直接电连接，所述第一线圈的第二端口和所述第二线圈的第二端口相互电绝缘。
16.进一步地，所述第二线圈包括至少一个抽头，所述线圈切换开关用于切换所述电源与所述第二线圈的所述第一端口、所述第二端口和所述抽头之间的连接。
17.进一步地，当所述电磁加热烟具启动时，所述控制系统驱动所述第一线圈直至所述感受体达到预热目标温度；所述感受体达到所述预热目标温度后，所述控制系统关闭所述第一线圈并驱动所述第二线圈维持所述感受体保持工作目标温度。
18.其中，气溶胶生成制品是吸烟制品，包括气溶胶形成基质，其通过加热生成通过用户的口直接可吸入用户的肺中的气溶胶。
19.优选地，气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质。气溶胶形成基质可同时包括固体和液体组分。
20.优选地，气溶胶形成基质包括尼古丁。在一些优选实施方式中，气溶胶形成基质包括烟草。例如，气溶胶形成材料可以由均质烟草的片形成。
21.替代地或附加地，气溶胶形成基质可以包括不含烟草的气溶胶形成材料。例如，气溶胶形成材料可为包括尼古丁盐和气溶胶形成剂的片。
22.如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么固体气溶胶形成基质可以包括粉末、颗粒、小丸、碎片、细条、条状物或片材中的一种或更多种，含有草本植物叶、烟叶、烟草肋料、平展烟草和均质烟草中的一种或更多种。
23.任选择地，固体气溶胶形成基质可以包含在加热固体气溶胶形成基质时释放的烟草挥发性芳香物化合物或非烟草挥发性芳香物化合物。固体气溶胶形成基质也可以包含一个或多个胶囊，所述胶囊包括例如另外的烟草挥发性芳香物化合物或非烟草挥发性芳香物化合物，且这种胶囊可以在加热固体气溶胶形成基质期间熔化。
24.任选择地，固体气溶胶形成基质可以设置在热稳定载体上或嵌入在热稳定载体中。载体可以采用粉末、颗粒、小丸、碎片、细条、条状物或片材的形式。固体气溶胶形成基质可以通过例如片材、泡沫、凝胶或浆料的形式布置在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可以放置在载体的整个表面上，或可替代地，可以布置成图案，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。
25.在本专利中，均质烟草材料表示通过使颗粒烟草聚集形成的材料。
26.在本专利中，片材表示具有基本大于其厚度的宽度和长度的层状元件。
27.在本专利中，聚集用于描述基本横向于气溶胶生成制品的纵向轴线卷绕、折叠或者压缩或收缩的片材。
28.优选地，气溶胶形成基质包括均质烟草材料的聚集的纹理化片材。
29.在本专利中，纹理化片材表示已卷曲、凸印、压印、穿孔或以另外方式变形的片材。气溶胶形成基质可以包括均质烟草材料的聚集的纹理化片材，其包括多个间隔开的缺口、突出部、穿孔或其组合。优选地，气溶胶形成基质包括均质烟草材料的聚集卷曲薄片。均质烟草材料的纹理化片材的使用可以有利地促进均质烟草材料片材的聚集，以形成气溶胶形成基质。
30.在本专利中，卷曲片材表示具有多个基本平行的隆脊或皱折的片材。优选地，当气溶胶生成制品已被组装时，基本平行的隆脊或皱折沿着气溶胶生成制品的纵轴延伸或平行于该纵轴延伸。这有利地促进聚集均质烟草材料的卷曲片材，以形成气溶胶形成基质。然而，将可以理解的是，用于包含在气溶胶生成制品中的均质烟草材料的卷曲片材可以可替代地或另外地具有多个基本平行的隆脊或皱折，当气溶胶生成制品已被组装时，所述多个基本平行的隆脊或皱折与气溶胶生成制品的纵轴呈锐角或钝角布置。
31.气溶胶形成基质可以为塞的形式，所述塞包括由纸或其他包装材料限定的气溶胶形成材料。在气溶胶形成基质为塞的形式的情况下，认为包括任何包装纸的整体塞是气溶胶形成基质。
32.优选地，气溶胶形成基质包括塞，所述塞包括由包装物包围的均质烟草材料或其它气溶胶形成材料的聚集片。优选地，所述或每个伸长的感受器位于与气溶胶形成材料直接接触的塞内。
33.感受体指的是可以将电磁能量转换成热的材料。当位于波动电磁场中时，在感受体中引起的涡电流导致感受体的加热。当伸长的感受体定位成与气溶胶形成基质热接触时，气溶胶形成基质由感受体加热。
34.感受体优选为针形、条形或叶形。感受体可以采用能够通过感应方式加热至足以使气溶胶形成基质生成气溶胶的温度的任何材料制成。优选的感受体包括金属或碳。优选的感受体可能包括铁磁性材料，例如铁素体、铁磁性钢或不锈钢。合适的感受体可能是铝或可能包括铝。优选的感受体可由400系列不锈钢制成，例如410级、420 级或430级不锈钢。当放置于具有类似频率和场强值的电磁场中时，不同材料将消耗不同数量的能量。因此，可以在已知电磁场内改变所述感受体的参数，例如材料类型、长度、宽度和厚度，以提供所需的能量消耗。
35.可能加热优选的感知器至超过250摄氏度的温度。合适的感受体可以包括非金属芯体，其具有布置在非金属芯体上的金属层，例如形成于陶瓷芯体的表面上的金属轨迹。
36.感受体可以具有外保护层，例如包封伸长的感受体的陶瓷保护层或玻璃保护层，从而形成完整的加热体。感受体可以包括由玻璃、陶瓷或惰性金属形成的保护涂层，所述保护涂层形成于感受体材料的芯体上。
37.感受体布置成与气溶胶形成基质热接触。因此，当感受体加热时，气溶胶形成基质被加热并且形成气溶胶。在一个实施方式中，包括感受体的加热体插入气溶胶形成基质内，气溶胶生成装置可以包含单个或多个伸长的加热体。在另一个实施方式中，气溶胶生成基质可以包含感受体，可替代地，气溶胶生成基质可以包括多个的感受体，感受体的形态可以是伸长形、颗粒形、网形、辐射形、管形、沙漏形、螺旋形等。
38.线圈材料应选用导电效果良好的材料如金属等；此外，在本专利中，线圈材料还应
具有良好的弹性变形能力，可以用弹簧钢、金、银等金属。
39.本发明通过设定多级线圈来调节整体线圈的振荡频率，从而实现线圈功率的调整。
40.具有以下技术效果：
41.1、稳定地可调控制线圈峰值功率。
42.2、减少电源长时间的峰值输出，减少电源运行负担，增加产品的续航和寿命。
43.3、减少emi辐射输出。
附图说明
44.本发明的以上技术内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的技术方案的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
45.图1是本发明一实施例电磁加热烟具的剖视图；
46.图2-a是本发明一实施例第一线圈的示意图；
47.图2-b是本发明一实施例第二线圈的示意图；
48.图3是本发明一实施例控制系统的电路示意图；
49.图4是本发明一实施例电磁加热烟具的控制方法的流程图。
50.其中，附图标记说明如下：
51.1 气溶胶生成制品
52.2 加热腔
53.3 感受体
54.4 第一线圈
55.5 第二线圈
56.6 电屏蔽装置
57.a 第一线圈的第一端口
58.b 第二线圈的第一端口
59.c 第一线圈的第二端口
60.d 第二线圈的第二端口
61.n 抽头
具体实施方式
62.以下在具体实施方式中叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
63.现有的电磁方式的加热不燃烧烟具产品中，作为能量输出的线圈都采用固定匝数，固定匝间距的线圈。这带来的优势是成本较低，但缺点也比较明显，即在恒温控制阶段，只能通过占空比控制方式去调节线圈上的平均功率值，这会导致功率峰值居高不下，对电池供电的系统来说是不利的，这对电池的性能提出的更高的要求。
64.针对现有的固定线圈式的电磁加热方式的特点，本专利提案提供了个针对性的解
决方案。通过设定多级线圈，调节线圈的振荡频率，从而实现线圈功率的调整。实现降低恒温阶段峰值功率的目的，同时，减少开关切换时产生过多的高次谐波产生的emi 辐射问题。
65.本发明采用多级线圈，通过选择或调节改变线圈的匝数，实现对线圈功率的调节，进而调节电磁感受体上的发热功率，实现线圈峰值功率调整，从而实现发热功率的调节的目的。
66.如图1所示，一种电磁加热烟具，用于加热气溶胶生成制品1，包括加热腔2、电源、第一线圈4和第二线圈5、电源和控制系统。
67.加热腔2，用于接收气溶胶生成制品1(如烟支)。
68.电源，其被配置成将高频电流提供到所述第一线圈4或所述第二线圈5，在使用中所述第一线圈4或所述第二线圈5产生波动电磁场以使与所述气溶胶形成制品1热接触的感受体3发热且进而加热所述气溶胶生成制品1的气溶胶生成基质。
69.感受体3，用于加热气溶胶生成制品1。感受体3受感应场影响发热。感受体3 可以设置于加热腔2，或设置于气溶胶生成制品1内部。感受体3在电磁加热装置工作时应设置于第一线圈4和第二线圈5内部。
70.示意图中未考虑线圈的厚度。第一线圈4和第二线圈5，周向设置于加热腔1外侧，用于产生感应场。第一线圈4和第二线圈5在轴向上投影至少有一部分重叠。组装时，使第一线圈4和第二线圈5处于同一轴线上。进一步地，电磁加热烟具还可以包括更多套设(或部分重叠的)的线圈，其电路和装配关系参照第一线圈4与第二线圈5。
71.如图2所示，第一线圈4和第二线圈5。第二线圈5的匝数可以大于第一线圈4 的匝数。优选的，第二线圈5的匝数与第一线圈4的匝数比至少为1.5：1。
72.在一实施例中，第一线圈4和第二线圈5被配置成轴向套设关系，第一线圈4直径大于第二线圈5，第一线圈4套设于第二线圈5外侧。
73.在一实施例中，第一线圈4在轴向方向上的长度与第二线圈5在轴向方向上的长度相等，即第一线圈4与第二线圈5在轴向上的投影完全重叠。
74.在一实施例中，第一线圈4的第一端口和第二线圈5的第一端口直接电连接，第一线圈4的第二端口和第二线圈5的第二端口相互电绝缘。第一线圈4和第二线圈5 之间设置有电屏蔽装置6，电屏蔽装置6能够屏蔽电流而不屏蔽磁场。
75.在一实施例中，第二线圈5为多抽头线圈，第二线圈5中包括至少一个不位于端部的抽头n。
76.控制系统包括线圈切换开关、开关控制电路、线圈振荡电路和温度检测单元，温度检测单元用于检测感受体3的温度，控制系统根据从温度检测单元接收的信号来控制电磁加热烟具的加热动作。控制系统通过mcu的电感选择控制信号，控制线圈切换开关选择不同的线圈，与振荡电路组成振荡器，实现不同的工作线圈工作。图3给出了线圈切换开关在两种加热模式中进行切换的示例，如线圈切换开关的切换路径选择b-c连通时，电源的电流经过电感的a-b段，通过第一加热模式对感受体进行加热；当线圈切换开关的切换路径选择b-a连通时，电源的电流经过电感的a-c段，通过第二加热模式对感受体进行加热，可根据需要，选择性将电源的电流输送到感应线圈。进一步的，线圈切换开关可在至少三种加热模式中进行切换，主要区别在于切换路径的选择至少有三种，由于切换开关的多种切换路径是公知常识，在此不在赘述。
77.具体的，在一实施例中，线圈切换开关可以用于切换所述电源与第一线圈4和/ 或第二线圈5之间的连接。进一步的，可以切换为电源仅与第一线圈4连接或电源仅与第二线圈5连接。例如，当图3中的线圈切换开关选择b-c连通时，电感的a-b段代表电源仅与第一线圈4相连，用于快速升温；当图3中的线圈切换开关选择b-a连通时，电感的a-c段代表电源与串联的第一线圈4和第二线圈5相连，此时，第一线圈和第二线圈的绕制方向相反，可降低功率，维持在工作温度。进一步的，线圈切换开关可包括第三切换路径，使电源仅与第二线圈5连接，可用于快速补充由于抽吸带来的能量损失。
78.在另一个实施例中，如图3所示，线圈切换开关可以用于切换所述电源与第二线圈5内部抽头/端口的连接。当图3中的线圈切换开关选择b-c连通时，电流经过电感的a-b段，代表电源与匝数较少的第二线圈5的b-n段相连；当图3中的线圈切换开关选择b-a连通时，电流经过电感的a-c段，代表电源与匝数较多的第二线圈5的b-d 段相连。
79.优选地，通过线圈切换开关的切换路径的设置，切换开关可同时至少实现上述两个实施例的功能操作，即可实现电源与第一线圈4、第二线圈5、第二线圈5的抽头/ 端口等的可选择连接。
80.在一个实施例中，电磁加热烟具按如图4所示的流程进行操作。电磁加热烟具的控制方法的流程包括：开始烟具工作后执行：
81.s101：线圈切换开关选择第一线圈，进入s102；
82.s102：启动振荡电路，进入s103；
83.s103：检测温度反馈，进入s104；
84.s104：判断是否达到预热目标温度？如果达到，则进入s105；如果未达到，则重新返回s103；
85.s105：关闭振荡电路，进入s106；
86.s106：线圈切换开关切换第二线圈，进入s107；
87.s107：启动振荡电路，进入s108；
88.s108：检测温度反馈，进入s109；
89.s109：判断是否达高于工作目标温度？如果高于，则进入s110；如果低于，则重新返回s108；如果时间溢出或收到关断指令，则结束烟具工作；
90.s110：关闭振荡电路，进入s111；
91.s111：检测温度反馈，进入s112；
92.s112：判断是否达低于工作目标温度？如果低于，则进入s107；如果高于，则重新返回s111。
93.在操作s101-s104中，当电磁加热烟具启动时，控制系统启动第一线圈直至感受体达到预热目标温度。由于第一线圈的匝数少，其振荡频率较高，可以使得线圈的振荡频率较高，获得比较大的功率值，从而使得感受体加热功率较高，实现感受体快速加热的目的。
94.在操作s105-s107中，当感受体温度达到预热目标温度时，需要维持工作目标温度所需的发热功率较低，降低振荡频率，从而降低线圈功率，同时，也使得感受体发热功率降低，控制系统关闭第一线圈4，启动第二线圈5。
95.在操作s107-s112中，控制系统驱动第二线圈5维持感受体的工作目标温度(恒温阶段)。由于线圈功率下降时，会使得流过线圈上的电流减少，则可减少电源的输出功率，降
低电池放电倍率，根据电源特性，电源在低放电倍率下工作可以有效延长循环寿命，并且提升放电容量。同时，切换至低功率工作，可减少开关频率，有效抑制高次谐波，减少emi辐射。
96.在一实施例中，为在恒温阶段做进一步的步进式加热，控制系统能够通过驱动抽头控制第二线圈5的功率，选择不同的抽头(端部)连接线圈驱动电路，在不同时间段，驱动不同的抽头线圈工作，从而实现加热。优选的，当需要快速升温时，控制系统选择b-n线圈时，线圈匝数较少，可以使线圈功率得到较高的电功率；当需要进行少量加温或恒温时，控制系统切换为b-d线圈，降低线圈功率。
97.这里基于的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
98.同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书的范围内。