加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具

1.本发明涉及一种采用电磁感应加热方式的加热不燃烧烟草加热装置。


背景技术：

2.加热不燃烧烟草制品的安全性远远高于传统卷烟。与电子烟的工作原理不同，加热不燃烧烟草制品的特点是利用外部热源加热烟草而不是点燃烟草，这是它与传统烟草最本质的区别。加热不燃烧卷烟的抽吸温度一般在300℃以下，仅发生蒸馏及较简单的热解反应，可有效减少因高温燃烧、热解和热合成过程中很多潜在有害物质的产生，很大程度上降低了烟草制品对人体的危害。就释放物来讲，加热不燃烧烟草制品是传统卷烟的5％。从细胞毒性的角度来讲，加热不燃烧烟草制品只有传统卷烟的14％。
3.传统的碳加热型与燃料加热型加热不燃烧烟草的烟具吸阻大、有异味、产生废气、加热速度慢，存在一定安全隐患，不利于产品后续的品牌化及市场推广。此外，对加热不燃烧烟草烟具的温度控制一般采用温度传感器反馈控制来实现，这种控制方式会使电路板设计复杂，不利于烟具的小型化。


技术实现要素：

4.本发明提供的加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具，采用无线传能加热方式替代传统碳加热方式和燃料加热方式，通过感应线圈产生高频交变磁场，使加热元件产生相对切割磁感线的运动，在加热元件表面感应出涡流，释放大量的焦耳热，进而实现加热的目的，可以有效提升加热效率和缩短加热时间，整体提升用户的使用体验。此外，本发明通过改变加热元件成分配比，改善其磁感应特性，进而实现对温度的控制，简化了电路板设计，有利于烟具的小型化。
5.根据本发明实施例的一方面，提供一种加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具，包括：
6.加热杯，其一侧开口用于容纳烟草制品，内具有插入烟草制品内进行加热的加热元件；
7.套筒，与所述加热杯同轴设置，且所述加热杯位于其内；
8.感应线圈，布置在所述加热杯外壁上；
9.电源，用于给所述感应线圈提供高频交变电流，使其产生方向不断改变的交变磁场，处于交变磁场中的所述加热元件壁面出现涡旋电流，涡旋电流的焦耳热效应使所述加热元件升温实现对烟草制品的加热；
10.屏蔽层，布置在所述套筒内壁以防止热量散失和电磁泄漏；
11.参数设定部，用于设定所述感应线圈的工作频率或所述加热元件的加热温度；以及
12.控制器，调整所述感应线圈的工作频率或所述加热元件的加热温度，使其达到所述参数设定部设定的范围内。
13.在一些示例中，所述加热元件呈棱刺型结构。
14.在一些示例中，所述加热元件工作时的温度范围为150℃
‑
350℃。
15.在一些示例中，所述加热元件为铁镍合金，其按照质量百分比计包括：30％
‑
40％ni，55％
‑
65％fe，0.1％
‑
0.8％mn，0.01％
‑
0.1％c，0.01％
‑
0.05％之间的p，0.01％
‑
0.05％s，0.1％
‑
0.5％si。
16.在一些示例中，在不同的工作状态中，所述控制器产生不同的pwm或spwm信号以调整所述感应线圈的工作频率，并利用温度传感器及内部时钟来触发所述不同的工作状态。
17.在一些示例中，所述控制器在所述加热元件在时间尺度上达到稳定温度后，调节输出pwm或spwm信号的频率，使所述感应线圈的工作频率达到预期值，以消除能量反射现象缓解所述感应线圈工作中的发热现象。
18.在一些示例中，所述屏蔽层采用磁铁氧体材料。
19.在一些示例中，所述加热杯和所述套筒连接在手持部上，所述手持部设置了多孔材料隔热层。
20.在一些示例中，所述加热杯呈纺锤结构，其截面直径沿烟草制品插入方向逐渐变小。
21.在一些示例中，还包括显示屏，所述显示屏能够显示以下信息的一种或多种：使用时间、累计使用时间、工作频率、加热温度。
22.本发明具有的有益效果：(1)利用特定配比的铁镍合金的材料性质来控制加热的温度，简化了控制电路的设计，使设备整体更为小巧。(2)利用变频控制的手段解决了达到稳定温度后能量反射使线圈温度升高的问题，提升了用户体验效果。(3)通过改变加热元件的材料配比，可以改变其温升稳定时的工作温度，在适应不同使用温度的烟草制品时很有优势。(4)提供了人机交互的界面，便于用户掌握设备信息，提高使用的便利性。(5)提供主动调频功能，增加了设备使用的灵活性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
24.图1为本发明一实施例提供的加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具示意图。
25.图2为本发明一实施例提供的加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具部分的截面结构示意图。
26.图3为本发明一实施例提供的加热元件结构示意图。
27.图4为本发明一实施例提供的加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具整体的截面示意图。
28.图5为本发明一实施例提供的加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具调频功能原理框图。
29.附图标记说明：
[0030]1‑
加热元件，2
‑
加热杯，3
‑
开关，4
‑
烟草制品，5
‑
感应线圈，6
‑
套筒，7
‑
pcb电路板，8
‑
电源，9
‑
隔热材料，10
‑
屏蔽层，11
‑
固定件，12
‑
显示屏，13
‑
状态查询部，14
‑
参数设定部，
15
‑
外壳。
具体实施方式
[0031]
图1、图2示出了一种加热不燃烧烟草制品的电磁感应式加热烟具，所述烟具包括加热元件1、加热杯2、感应线圈5、套筒6、pcb电路板7、电源8、屏蔽层10。
[0032]
加热杯2、套筒6位于所述烟具的同一端，且加热杯2和套筒6同轴设置，加热杯2位于套筒6内。加热杯2用于容纳烟草制品，整体呈一侧开口的纺锤型结构，其截面直径沿烟草制品插入方向逐渐变小，以在烟草制品完全插入后限制其五个方向的自由度。加热元件1通过固定件11设置在加热杯2内。加热元件1和固定件11可以通过螺纹可拆卸连接，方便更换。烟草制品置入加热杯2内时应插在加热元件1上。如图3，加热元件1呈棱刺型结构，在不影响烟草制品插入的同时还增大了接触面积，起到提高加热的效率和均匀性的作用。加热杯3和固定件5可由聚醚醚酮制成。
[0033]
感应线圈5布置在加热杯2外壁上。屏蔽层10布置在套筒6内壁。屏蔽层10用于防止热量散失和电磁泄漏。屏蔽层10与感应线圈5之间具有隔热的气隙。屏蔽层10可以采用磁铁氧体材料，但不限定于此。
[0034]
如图1、如图4，加热杯2、套筒6连接在手持部上，组成所述烟具的外壳15，pcb电路板7封装在外壳15内。所述手持部上具有开关3、显示屏12、状态查询部13、参数设定部14。针对所述烟具发热的问题，所述手持部设置了多孔隔热材料9。
[0035]
状态查询部13可以是按键或显示屏12上的虚拟按键。用户通过状态查询部13获得所述烟具使用状况，包括但不限于：当前使用时间、今日累计使用时间、工作频率、加热温度、电池电量等信息，这些信息会在显示屏12上显示。
[0036]
参数设定部14用于设定感应线圈5的工作频率或加热元件1的加热温度。pcb电路板7的控制器调整感应线圈5的工作频率或加热元件1的加热温度，使其达到参数设定部14设定的范围内。调频功能的原理可以参见图5，用户通过参数设定部14设定感应线圈5的加热频率后，所述控制器通过改变输出pwm波的频率来达到改变加热频率的目的。
[0037]
电源8用于提供所述烟具加热时所需的能量。所述电源经过控制电路pcb板7上的前级稳压电路、高频逆变电路、阻抗匹配电路后输入感应线圈5，产生高频交变磁场，使加热元件1产生相对切割磁感线的运动，其表面感应出涡流，释放大量的焦耳热，进而实现加热的目的，可以有效提升加热效率和缩短加热时间，整体提升用户的使用体验。
[0038]
本发明通过改变加热元件1成分配比，改善其磁感应特性，进而实现对温度的控制，简化了电路板设计，有利于烟具的小型化。在一种可能的实施方式中，加热元件1为铁镍合金，其按照质量百分比计包括：30％
‑
40％ni，55％
‑
65％fe，0.1％
‑
0.8％mn，0.01％
‑
0.1％c，0.01％
‑
0.05％之间的p，0.01％
‑
0.05％s，0.1％
‑
0.5％si，通过调节成分配比可以改变加热元件的磁感应特性，使其稳定温度控制在150℃
‑
350℃之间。
[0039]
本发明通过频率跟踪控制技术将感应线圈5产生的高频交变磁场的频率维持某一区间内，这个频率区间可以在50khz到500khz之间，但不限定于此。
[0040]
本发明根据烟草受热时的特性，采用变频分段控制的控制方法，针对不同的加热阶段，在工作过程中为感应线圈5设计了多种工作频率。在控制电路pcb板7上的所述控制器的控制程序中包含产生多种pwm或spwm信号的模块，利用温度传感器及内部时钟来触发不
同的工作状态，如快速温升状态，降频前的过渡状态和稳定状态，因为高频时温升不均匀，添加过渡状态使烟草制品温度更加均匀。
[0041]
所述控制器在加热元件1在时间尺度上达到稳定温度后,通过程序调节输出pwm波或spwm波的频率，从而改变驱动信号的频率，最终使负载上的交变电流频率变化到预期值，改变调整感应线圈5中交变磁场的频率，以消除能量反射现象缓解感应线圈5工作中的发热现象。