特許 7638376 エアロゾル発生装置及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-20

(45)【発行日】2025-03-03

(54)【発明の名称】エアロゾル発生装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   A24F 40/465 20200101AFI20250221BHJP

   A24F 40/20 20200101ALI20250221BHJP

   A24F 40/50 20200101ALI20250221BHJP

【ＦＩ】

A24F40/465

A24F40/20

A24F40/50

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023534233

(86)(22)【出願日】2021-12-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-20

(86)【国際出願番号】 CN2021136481

(87)【国際公開番号】W WO2022121946

(87)【国際公開日】2022-06-16

【審査請求日】2023-08-03

(31)【優先権主張番号】202011442673.4

(32)【優先日】2020-12-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】517075997

【氏名又は名称】深▲せん▼市合元科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＳＨＥＮＺＨＥＮ ＦＩＲＳＴ ＵＮＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｂｌｄｇ Ｃ， Ｔａｎｇｗｅｉ Ｈｉｇｈ－Ｔｅｃｈ Ｐａｒｋ， Ｆｕｙｏｎｇ Ｓｔｒ， Ｂａｏａｎ Ｄｉｓｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】李新軍

(72)【発明者】

【氏名】徐中立

(72)【発明者】

【氏名】李永海

【審査官】杉浦 貴之

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５１２６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０２６９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１８２７３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１２５０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－２０１２８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ２４Ｆ ４０／４６５

Ａ２４Ｆ ４０／２０

Ａ２４Ｆ ４０／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エアロゾル発生製品を加熱して喫煙用エアロゾルを発生させるように構成されたエアロゾル発生装置であって、
変動磁場により貫通されて発熱して、エアロゾル発生製品を加熱するように構成されたサセプタと、
誘導コイルを有する直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器であって、変動電流が前記誘導コイルを流れるように導いて、前記誘導コイルを駆動して変動磁場を発生させるように構成された直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器と、
前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率の２回の第１ジャンプの間隔時間に基づいて前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を決定するように構成された回路であって、前記第１ジャンプは前記発振電圧変動率が所定閾値よりも小さい状態から所定閾値より大きい状態に変わることである、回路と、を含むことを特徴とする、エアロゾル発生装置。

【請求項2】

前記回路は、
前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率を検出し、前記発振電圧変動率が所定閾値よりも大きい場合にハイレベル信号を出力するように構成された能動型微分ユニットと、
前記ハイレベル信号の間隔時間に基づいて前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を決定するように構成されたコントローラと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項3】

前記能動型微分ユニットは能動型微分モジュール及びコンパレータを含み、
前記能動型微分モジュールは前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率を検出するように構成され、
コンパレータは前記発振電圧変動率と所定閾値を比較演算を行い、前記発振電圧変動率が所定閾値よりも大きい場合に前記コントローラにハイレベル信号を出力するように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項4】

前記能動型微分モジュールは第１コンデンサ、第１抵抗、第２コンデンサ、第２抵抗及びオペアンプを含み、
前記第１コンデンサは第１端が前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器に接続され、第２端が第１抵抗の第１端に接続され、
前記オペアンプは第１入力端が前記第１抵抗の第２端に接続され、出力端が前記コンパレータに接続され、
前記第２コンデンサは第１端が前記第１抵抗の第２端に接続され、第２端が前記オペアンプの出力端に接続され、
前記第２抵抗は第１端が前記第１抵抗の第２端に接続され、第２端が前記オペアンプの出力端に接続されることを特徴とする、請求項３に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項5】

前記能動型微分ユニットは、
第１ダイオード、第３抵抗及び第４抵抗を含むアクセスモジュールであって、
前記第１ダイオードは第１端が前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器に接続され、第２端が前記第３抵抗の第１端に接続され、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器から前記第３抵抗へのみ電流が流れ得るように構成され、
前記第３抵抗の第２端が前記能動型微分モジュールに接続され、
前記第４抵抗の第１端が前記第３抵抗の第２端に接続され、第２端が接地される前記アクセスモジュールをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項6】

前記アクセスモジュールは第１端が前記第３抵抗の第２端に接続され、第２端が前記第４抵抗の第２端に接続される定電圧放電管をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項7】

前記所定閾値は前記発振電圧変動率が０である時の前記能動型微分モジュールの出力値であることを特徴とする、請求項３から６のいずれか１項に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項8】

前記コントローラは前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を調整することで、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を所定周波数と同じ又はほぼ同じにするように構成されることを特徴とする、請求項２から６のいずれか１項に記載のエアロゾル発生装置。

【請求項9】

変動磁場により貫通されて発熱して、エアロゾル発生製品を加熱するように構成されたサセプタと、
誘導コイルを有する直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器であって、変動電流が前記誘導コイルを流れるように導いて、前記誘導コイルを駆動して変動磁場を発生させるように構成された直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器と、を含むエアロゾル発生装置の制御方法であって、
前記ＬＣＣ発振器又は直列ＬＣ発振器の発振電圧変動率を検出するステップと、
前記発振電圧変動率が所定値よりも高い場合にハイレベル信号を生成するステップと、
前記ハイレベル信号の間隔時間に基づいて前記ＬＣＣ発振器又は直列ＬＣ発振器の発振周波数を決定するステップと、を含むことを特徴とする、エアロゾル発生装置の制御方法。

【請求項10】

前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を調整することで、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を所定周波数と同じ又はほぼ同じにするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のエアロゾル発生装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は２０２０年１２月８日に中国特許局へ出願された、出願番号２０２０１１４４２６７３．４、発明名称「エアロゾル発生装置及び制御方法」の中国特許の優先権を主張し、その全ての内容が引用によって本出願に組み込まれる。

【0002】

本出願の実施例は加熱非燃焼型低温喫煙具の技術分野に関し、特に、エアロゾル発生装置及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0003】

タバコ製品（例えば、紙巻タバコ、葉巻タバコ等）は使用中にタバコを燃焼させてタバコの煙を発生させるものである。タバコを燃焼させるこれらの製品の代替として、燃焼せずに化合物を放出する製品を製造する努力が試みられていた。

【0004】

そのような製品の一例は加熱装置であり、それは材料を燃焼ではなく加熱することで化合物を放出させる。例えば、該材料はタバコ又は他の非タバコ製品であり得、これらの非タバコ製品はニコチンを含有してもしなくてもよい。公知の装置では、電磁誘導によって発熱するヒータは、タバコ製品を加熱して喫煙用エアロゾルを発生させる。以上の加熱装置の１つの従来技術に係る実施例において、２０１５８０００７７５４．２号特許には、特製シガレット製品を電磁誘導によって加熱する誘導加熱装置が提案されており、具体的には、１つの誘導コイルと１つのコンデンサを直列又は並列してＬＣ発振を構成する方式で交流を形成し、それにより、コイルに交番磁場を発生させてサセプタを誘導して発熱させてシガレット製品を加熱する。上記した公知の加熱装置では、通常は、オペアンプを用いてＬＣ発振の発振電圧を同期出力するか又はゼロクロスコンパレータによって発振電圧のゼロクロス時間を検出し、その後、制御チップは上記結果をサンプリングしてＬＣ発振の周波数を算出する。実施において、ＬＣ発振の周波数は約２００～４００ＫＨｚと非常に高いため、制御チップは上記コンパレータ及びアンプが結果を瞬時に出力した時にサンプリングできることが求められ、コンパレータ又はアンプが瞬時に出力した結果信号を逃さないように、制御チップは数十ＭＨｚ程度のサンプリング速度が必要であるので、このような方式でＬＣ発振の周波数を追跡することは望ましくない。

【発明の概要】

【0005】

本出願の実施例は、エアロゾル発生製品を加熱して喫煙用エアロゾルを発生させるように構成されたエアロゾル発生装置であって、
変動磁場により貫通されて発熱して、エアロゾル発生製品を加熱するように構成されたサセプタと、
誘導コイルを有する直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器であって、変動電流が前記誘導コイルを流れるように導いて、前記誘導コイルを駆動して変動磁場を発生させるように構成された直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器と、
前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率に基づいて前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を決定するように構成された回路と、を含む、エアロゾル発生装置を提供する。上記したエアロゾル発生装置は、発振電圧変動率に基づいて発振周波数を決定する。

【0006】

好ましい実施形態において、前記回路は、
前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率を検出し、前記発振電圧変動率が所定閾値よりも大きい場合にハイレベル信号を出力するように構成された能動型微分ユニットと、
前記ハイレベル信号の間隔時間に基づいて前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を決定するように構成されたコントローラと、を含む。

【0007】

好ましい実施形態において、前記能動型微分ユニットは能動型微分モジュール及びコンパレータを含み、
前記能動型微分モジュールは前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振電圧変動率を検出するように構成され、
コンパレータは前記発振電圧変動率と所定閾値を比較演算を行い、前記発振電圧変動率が所定閾値よりも大きい場合に前記コントローラにハイレベル信号を出力するように構成される。

【0008】

好ましい実施形態において、前記能動型微分モジュールは第１コンデンサ、第１抵抗、第２コンデンサ、第２抵抗及びオペアンプを含み、
前記第１コンデンサは第１端が前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器に接続され、第２端が第１抵抗の第１端に接続され、
前記オペアンプは第１入力端が前記第１抵抗の第２端に接続され、出力端が前記コンパレータに接続され、
前記第２コンデンサは第１端が前記第１抵抗の第２端に接続され、第２端が前記オペアンプの出力端に接続され、
前記第２抵抗は第１端が前記第１抵抗の第２端に接続され、第２端が前記オペアンプの出力端に接続される。

【0009】

好ましい実施形態において、前記能動型微分ユニットは、
第１ダイオード、第３抵抗及び第４抵抗を含むアクセスモジュールであって、
前記第１ダイオードの第１端が前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器に接続され、第２端が前記第３抵抗の第１端に接続され、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器から前記第３抵抗へのみ電流が流れ得るように構成され、
前記第３抵抗の第２端が前記能動型微分モジュールに接続され、
前記第４抵抗の第１端が前記第３抵抗の第２端に接続され、第２端が接地される前記アクセスモジュールをさらに含む。

【0010】

好ましい実施形態において、前記アクセスモジュールは第１端が前記第３抵抗の第２端に接続され、第２端が前記第４抵抗の第２端に接続される定電圧放電管をさらに含む。

【0011】

好ましい実施形態において、前記所定閾値は前記発振電圧変動率が０である時の前記能動型微分モジュールの出力値である。

【0012】

好ましい実施形態において、前記コントローラは前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を調整することで、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を所定周波数と同じ又はほぼ同じにするように構成される。

【0013】

本出願のさらなる実施例は、
変動磁場により貫通されて発熱して、エアロゾル発生製品を加熱するように構成されたサセプタと、
誘導コイルを有する直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器であって、変動電流が前記誘導コイルを流れるように導いて、前記誘導コイルを駆動して変動磁場を発生させるように構成された直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器と、を含むエアロゾル発生装置の制御方法であって、
前記ＬＣＣ発振器又は直列ＬＣ発振器の発振電圧変動率を検出するステップと、
前記発振電圧変動率が所定値よりも高い場合にハイレベル信号を生成するステップと、
前記ハイレベル信号の間隔時間に基づいて前記ＬＣＣ発振器又は直列ＬＣ発振器の発振周波数を決定するステップと、を含む、エアロゾル発生装置の制御方法をさらに提供する。

【0014】

好ましい実施形態において、
前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を調整することで、前記直列ＬＣ発振器又は直列ＬＣＣ発振器の発振周波数を所定周波数と同じ又はほぼ同じにするステップをさらに含む。

【図面の簡単な説明】

【0015】

１つ又は複数の実施例についてはそれに対応する添付図面中の図によって例示的に説明するが、これらの例示的説明は実施例を限定するものではなく、図面において同じ参照用数字符号を付けた素子は類似的な素子であることを示し、特に断らない限り、添付図面中の図は比例を制限するものではない。

【図1】本出願の一実施例で提供されるエアロゾル発生装置の構造模式図である。

【図2】図１における回路の一実施例の構造ブロック図である。

【図3】図２における回路の一実施例の基本コンポーネントの模式図である。

【図4】図３におけるＬＣＣ発振器の一段階における順方向電流の模式図である。

【図5】図３におけるＬＣＣ発振器の一段階における逆方向電流の模式図である。

【図6】図３における直列ＬＣＣ発振器の共振電流の模式図である。

【図7】図３における直列ＬＣＣ発振器にて測定された共振電流と共振電圧変動の模式図である。

【図8】能動型微分ユニットの３つの段階における信号変動の模式図である。

【図9】一実施例によるエアロゾル発生装置の制御方法の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本出願を容易に理解するために、以下において図面及び具体的な実施形態を参照しながら、本出願をより詳細に説明する。

【0017】

本出願の一実施例はエアロゾル発生装置を提案し、その構造は図１に示すように、
エアロゾル発生製品Ａが取り除き可能に受け入れられるキャビティと、
交番電流下で変動磁場を発生させるための誘導コイルＬと、
少なくとも一部がキャビティ内を延在するサセプタ３０であって、誘導コイルＬに誘導結合され、変動磁場により貫通されて発熱して、シガレットのようなエアロゾル発生製品Ａを加熱し、エアロゾル発生製品Ａの少なくとも１つの成分を揮発させ、喫煙用エアロゾルを形成するように構成されたサセプタ３０と、
充電可能な直流電池セルであり、直流電流を出力可能である電池セル１０と、
充電可能な電池セル１０に適切に電気的に接続されることにより、電池セル１０から出力された直流電流を、適切な周波数を有する交番電流に変換してから誘導コイルＬに供給するための回路２０と、を含む。

【0018】

製品の使用における設定に応じて、誘導コイルＬは、図１に示すように、螺旋状に巻かれた円筒形誘導コイルを含んでもよい。螺旋状に巻かれた円筒形誘導コイルＬは、約５ｍｍから約１０ｍｍの範囲内にある半径ｒを有してもよく、そして、特に半径ｒは約７ｍｍであってもよい。螺旋状に巻かれた円筒形誘導コイルＬの長さは、約８ｍｍから約１４ｍｍの範囲内であってもよく、誘導コイルＬの巻き数は、約８ターンから１５ターンの範囲内である。それに応じて、内体積は約０．１５ｃｍ^３から約１．１０ｃｍ^３の範囲内であり得る。

【0019】

より好ましい実施形態において、回路２０から誘導コイルＬに供給されている交番電流の周波数は８０ＫＨｚ～４００ＫＨｚにあり、より具体的には、前記周波数は約２００ＫＨｚから３００ＫＨｚの範囲であってもよい。

【0020】

好ましい一実施例において、電池セル１０により提供される直流給電電圧は、約２．５Ｖから約９．０Ｖの範囲内にあり、電池セル１０により提供可能な直流電流のアンペア数は、約２．５Ａから約２０Ａの範囲内である。

【0021】

好ましい一実施例において、サセプタ３０は、ほぼピン状又はブレード状であり、これにより、エアロゾル発生製品Ａへの挿入に有利である。また、サセプタ３０は、約１２ミリメートルの長さ、約４ミリメートルの幅及び約０．５ミリメートルの厚さを有してもよく、且つグレード４３０のステンレス鋼（ＳＳ４３０）で製造されてもよい。代替的な実施例として、サセプタ３０は、約１２ミリメートルの長さ、約５ミリメートルの幅及び約０．５ミリメートルの厚さを有してもよく、且つグレード４３０のステンレス鋼（ＳＳ４３０）で製造されてもよい。他の変形実施例において、サセプタ３０はさらに、円筒状又は管状に構成されてもよい。使用時に、その内部空間はエアロゾル発生製品Ａを受け入れるためのキャビティを形成し、そして、エアロゾル発生製品Ａの外周を加熱する方式で、喫煙用エアロゾルを発生させる。これらのサセプタはさらに、グレード４２０のステンレス鋼（ＳＳ４２０）、及び鉄ニッケル含有合金材料（例えば、パーマロイ）で製造されてもよい。

【0022】

図１に示す実施例において、エアロゾル発生装置は、誘導コイルＬ及びサセプタ３０を配置するためのホルダ４０をさらに含み、当該ホルダ４０の材質は、ＰＥＥＫ又はセラミック等のような、高温に耐える非金属材料を含んでもよい。実施において、誘導コイルＬはホルダ４０の外壁に巻き付けられて固定されている。また、図１に示すように、当該ホルダ４０は中空の管状形状であり、その管状の中空部分の空間は、エアロゾル発生製品Ａを受け入れるための上記キャビティを形成する。

【0023】

選択的な実施形態において、サセプタ３０は、以上の感受性の材質で製造されるか、又はセラミック等の耐熱性の基材の外面に電気めっき、堆積等を施すことで感受性材料コーティングを形成してなる。

【0024】

以上の回路２０の好ましい一実施形態における構造及び基本コンポーネントは、図２から図３に示すように、次のＬＣＣ発振器２４、ハーフブリッジ２３、及びハーフブリッジドライバ２２を含んでもよい。
ＬＣＣ発振器２４は、以上の誘導コイルＬ、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２からなる。ＬＣＣ発振器２４は、発振の過程において誘導コイルＬを流れる交番電流を形成することで、誘導コイルＬに交番磁場を発生させてサセプタ３０を誘導して発熱させるために用いられる。
ハーフブリッジ２３は、トランジスタスイッチからなるハーフブリッジ回路であり、交互にオン・オフ切り替わることでＬＣＣ発振器２４を発振させるためのスイッチトランジスタＱ１とスイッチトランジスタＱ２を含む。
ハーフブリッジドライバ２２は、ＭＣＵコントローラ２１の制御信号に基づいてハーフブリッジ２３のスイッチトランジスタＱ１とスイッチトランジスタＱ２が交互にオン・オフするように制御するために用いられる。

【0025】

以上の実施例におけるＬＣＣ発振器２４の完全な接続方式及び詳細な発振過程は図３に示され、具体的には、
接続について、第１コンデンサＣ１は第１端が電池セル１０の正極に接続され、第２端が第２コンデンサＣ２の第１端に接続される。第２コンデンサＣ２は第２端が抵抗Ｒ１を介して接地される。
ハーフブリッジ２３のスイッチトランジスタＱ１は第１端が電池セル１０の正極に接続され、第２端がスイッチトランジスタＱ２の第１端に接続され、スイッチトランジスタＱ２は第２端が抵抗Ｒ１を介して接地される。当然ながら、スイッチトランジスタＱ１及びスイッチトランジスタＱ２の被制御端はいずれもハーフブリッジドライバ２２に接続され、ハーフブリッジドライバ２２の駆動によってオン・オフされる。
誘導コイルＬは第１端がスイッチトランジスタＱ１の第２端に接続され、第２端が第１コンデンサＣ１の第２端に接続される。また、ＬＣＣ発振器２４のハードウェアの選択について、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２の最大電圧値が電池セル１０の出力電圧値を大きく上回っているものとする。例えば、通常の実施において、使用される電池セル１０の出力電圧はほとんど約４Ｖであるが、使用される第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２の最大電圧は３０～８０Ｖである。

【0026】

上記構造のＬＣＣ発振器２４では、スイッチトランジスタＱ１とスイッチトランジスタＱ２の切替状態において、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２と誘導コイルＬとの接続状態が変化している。具体的には、図３において、スイッチトランジスタＱ１がオンになって、スイッチトランジスタＱ２がオフになると、第１コンデンサＣ１と誘導コイルＬは閉じた直列ＬＣ回路を共同で形成するが、第２コンデンサＣ２と誘導コイルＬは両端がそれぞれ電池セル１０の正負極に接続された直列ＬＣ回路を形成する。一方、スイッチトランジスタＱ１がオフになって、スイッチトランジスタＱ２がオンになると、構成された回路は上記状態とは逆であり、第１コンデンサＣ１と誘導コイルＬは両端がそれぞれ電池セル１０の正負極に接続された直列ＬＣ回路を形成するが、第２コンデンサＣ２と誘導コイルＬは閉じた直列ＬＣ回路を共同で形成する。それぞれの異なる状態において、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２はいずれも誘導コイルＬとそれぞれのＬＣ回路を形成することができる。しかし、それぞれのＬＣ回路の発振過程において、発生された誘導コイルＬを流れる電流の方向及び周期は同じであり、誘導コイルＬを流れる交番電流を共同で形成する。

【0027】

具体的には、上記ＬＣＣ発振器２４を有する発振過程の制御ステップは、一般的な直列又は並列のＬＣ発振器とは異なる。さらに、本出願の好ましい実施形態において、スイッチトランジスタＱ１とスイッチトランジスタＱ２の切替動作によってＬＣＣ発振器２４の完全な発振過程を説明し、以下を含む。

【0028】

Ｓ１０では、スイッチトランジスタＱ１をオンにし、スイッチトランジスタＱ２をオフ状態に維持し、この状態でＬＣＣ発振器２４は具体的に次の２つの過程を完了する。

【0029】

Ｓ１１では、図４に示すように、スイッチトランジスタＱ１がオンになって、スイッチトランジスタＱ２がオフになると、電池セル１０は電流ｉ１によって第２コンデンサＣ２を充電するとともに、第１コンデンサＣ１は電流ｉ２によって放電し、当該過程において図４に示す誘導コイルＬを左から右へ流れる電流が形成され、正方向の電流とすることができる。この段階Ｓ１１では、第１コンデンサＣ１は、スイッチトランジスタＱ１がオンになった時から放電を開始し、両端の電圧差が０になるまで放電を完了し、そして第２コンデンサＣ２は、両端の電圧が電池セル１０の出力電圧と等しくなるまで増加した時に、充電を停止し、この時、誘導コイルＬの電流は共振ピークが最大になる。

【0030】

Ｓ１２では、段階Ｓ１１が完了した後もスイッチトランジスタＱ１がオンになり、スイッチトランジスタＱ２がオフになった状態を維持し続け、誘導コイルＬは図１における電流ｉ２と同じ方向で放電して第１コンデンサＣ１を充電し、それにより、誘導コイルＬを正方向に流れる電流は、誘導コイルＬの放電によって電流が０になるまで、徐々に小さくなる。この段階では、段階Ｓ１１において第１コンデンサＣ１は完全に放電したため、誘導コイルＬと、スイッチトランジスタＱ１を介して第１コンデンサＣ１と形成される回路とはインピーダンスがほとんどなく、従って、この段階Ｓ１２では、誘導コイルＬは主に放電して第１コンデンサＣ１を充電し、放電過程において誘導コイルＬを流れる電流は段階Ｓ１１における電流ｉ２と同じである。第２コンデンサＣ２は段階Ｓ１１において実質的に電池セル１０と同じ出力電圧に充電されており、この段階Ｓ１２では、誘導コイルＬは第２コンデンサＣ２に対してごく僅かに補償するが、基本的には無視される程度のものである。

【0031】

段階Ｓ１１及び段階Ｓ１２からなる完全な過程において、誘導コイルＬを流れる総電流は、０から最大まで正方向に増加してから、誘導コイルＬの放電によって０まで徐々に低下し、誘導コイルＬを流れる電流の方向は常に左から右への正方向である。

【0032】

Ｓ２０では、ステップＳ１０が完了した後、スイッチトランジスタＱ１をオフにし、スイッチトランジスタＱ２をオンにする。具体的には、次の２段階の過程を完了する。

【0033】

Ｓ２１では、スイッチトランジスタＱ２がオンになった時から、ＬＣＣ発振器２４内に図５に示す電流ｉ３及び電流ｉ４の回路が形成される。図５に示す電流経路によれば、電流ｉ３は電池セル１０の正極から順に第１コンデンサＣ１、誘導コイルＬ、スイッチトランジスタＱ２を経てから接地によって電池セル１０の負極に戻って回路を形成する。また、電流ｉ４は、第２コンデンサＣ２の正端から図に示す反時計回り方向に順に誘導コイルＬ、スイッチトランジスタＱ２を経てから第２コンデンサＣ２の負端に戻って回路を形成する。当該過程において、図５に示す誘導コイルＬを右から左へ流れる電流が形成され、図４における電流方向とは逆であり、負方向の電流とすることができる。

【0034】

段階Ｓ２１は第１コンデンサＣ１の充電、及び第２コンデンサＣ２の放電の両方をも含む。第１コンデンサＣ１の電圧が電池セル１０の出力電圧と等しくなるまで増大した場合、及び第２コンデンサＣ２両端の電圧差が０になった場合に、誘導コイルＬの電流は共振ピークが最大になる。

【0035】

Ｓ２２では、段階Ｓ２１が完了した後もスイッチトランジスタＱ２のオンを維持し続け、誘導コイルＬは第２コンデンサＣ２を逆方向に充電し、それにより、誘導コイルＬを負方向に流れる電流は、誘導コイルＬの放電によって電流が０になるまで、徐々に小さくなる。

【0036】

当該ステップＳ２０の段階Ｓ２１及び段階Ｓ２２からなる完全な過程において、誘導コイルＬを流れる総電流は同様に、０から最大まで逆方向に増加してから、誘導コイルＬの放電によって０まで徐々に低下する。

【0037】

従って、上記したＬＣＣ発振器２４の発振過程において、誘導コイルＬを流れる電流の変動は、図６に示すように、１つの完全な電流周期は、図６において以上の段階Ｓ１１／Ｓ１２／Ｓ２１／Ｓ２２にそれぞれ対応する４つの部分を含む。以上のステップＳ１０及びステップ２０では、スイッチトランジスタＱ１とスイッチトランジスタＱ２のオン・オフ状態を交互に循環的に切り替え、これにより、ＬＣＣ発振器２４内に以上の段階Ｓ１１／Ｓ１２／Ｓ２１／Ｓ２２の発振過程を循環的に発生させて、誘導コイルＬを流れる交番電流を形成することができる。

【0038】

従って、以上の制御過程から分かるように、本出願のＬＣＣ発振器２４は、従来のＬＣ発振器のＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）インバータトポロジーと異なるＺＣＳ（ゼロ電流スイッチング）インバータトポロジーによって逆変換が発生する。そして、スイッチトランジスタＱ１及びスイッチトランジスタＱ２は、誘導コイルＬを流れる電流が０である時にオン／オフの切替が行われるように構成される。

【0039】

図３に示す好ましい実施形態において、第１コンデンサＣ１及び第２コンデンサＣ２の数はいずれも１つである。他の選択的な実施形態において、第１コンデンサＣ１又は第２コンデンサＣ２のそれぞれは、互いに並列に接続された２つや３つの相対容量値がより小さいコンデンサからなるものであってもよい。例えば、第１コンデンサＣ１について、本来必要とされる相対的に大きなコンデンサの代わりに複数の小さなコンデンサを使用する場合、それらの容量は同じ又はほぼ同じであるため、それぞれはＬＣＣ発振器２４の発振周波数の変化に伴って、単一コンデンサの場合に比べて大幅に低下した、変化しているＥＳＲ（等価抵抗値）を示すことができ、具体的には、低周波数の場合にＥＳＲは相対的に高く、高周波数の場合にＥＳＲは相対的に低く、スパイクパルスの防止に有利であり得る。また、本来必要とされる相対的に大きなコンデンサの代わりに複数の小さなコンデンサを使用すると、ＬＣＣ発振器２４の共振周波数の低下に有利である。

【0040】

上記ＬＣＣ発振器２４を用いた回路２０は、実施においてＺＣＳ技術によって逆変換を形成し、従来の単一コンデンサによるＬＣ直列／並列発振に比べてほぼ半分の共振周波数を有する。通常、ＬＣ直列／並列発振の周波数が約３８０Ｈｚである場合、上記ＬＣＣ発振器２４の発振周波数は約１９０ＫＨｚであり、同期検出及びＭＣＵコントローラ２１の制御の両方にも有利である。

【0041】

また、以上の発振過程において、検出によって得られたＬＣＣ発振器２４の共振電圧及び電流の変動は図７に示され、共振電圧は共振電流よりも約周期の１／４進んでおり、ＬＣＣ発振器２４全体は弱い誘導性を示している。「容量性」、「誘導性」は電子デバイスの直並列回路（例えば、ＬＣ発振器又は上記ＬＣＣ発振器２４）に関する電気用語である。直並列回路の容量性リアクタンスが誘導性リアクタンスよりも大きい場合、回路は「容量性」であり、誘導性リアクタンスが容量性リアクタンスよりも大きい場合、回路は誘導性である。「弱い誘導性」の状態は、誘導性リアクタンスと容量性リアクタンスとが実質的に近く、且つ誘導性リアクタンスが容量性リアクタンスよりもはるかに大きいのではなく僅かに大きい状態である。

【0042】

さらに、図３に示す実施例を参照すると、ハーフブリッジドライバ２２が採用するのは、一般的な型番ＦＤ２２０４のスイッチトランジスタドライバであり、ＭＣＵコントローラ２１によってＰＷＭ方式で制御され、ＰＷＭのパルス幅に応じてそれぞれ第３と第１０のＩ／Ｏポートによってハイレベル／ローレベルを交互に出し、スイッチトランジスタＱ１、スイッチトランジスタＱ２のオン時間を駆動して、ＬＣＣ発振器２４の発振を制御する。

【0043】

以上の詳細な制御ステップから分かるように、ＬＣＣ逆変換の過程は対称的なものであり、これに応じてＭＣＵコントローラ２１はデューティサイクル５０％のＰＷＭ制御信号をハーフブリッジドライバ２２に送信すれば、ハーフブリッジ２３がこの方式で切り替わるように駆動することができる。

【0044】

さらに図２を参照すると、上記ＬＣＣ発振器２４の発振周波数を正確に検出するために、回路２０は能動型微分ユニット２５をさらに含み、当該能動型微分ユニット２５による検出プロセスは、
発振電圧が徐々に最大になると共に、電流が０になるという特徴に基づいて、まずＬＣＣ発振器２４の発振電圧変動率を検出し／導関数を求めるステップと、
電圧の変動率又は導関数を所定閾値と比較し、所定閾値よりも大きい場合にパルス状の割り込み信号をＭＣＵコントローラ２１に出力するステップと、
ＭＣＵコントローラ２１によって、受信された割り込み信号の時間間隔に基づいてＬＣＣ発振器２４の発振周波数を取得するステップと、を含む。

【0045】

具体的には、上記プロセスは図３に示す能動型微分ユニット２５の３つのサブモジュールによって実施され、具体的には、信号アクセスモジュール、能動型微分モジュール、及び比較出力モジュールを含む。

【0046】

信号アクセスモジュールは、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３、及び定電圧放電管Ｚからなる。ダイオードＤ１はＬＣＣ発振器２４の正の半波形電圧の印加が可能であるが、負の半波形電圧がフィルタリングによって除去され、その後、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３は電圧を分割する。Ｚは定電圧放電管であり、入力電圧が過大となるのを防止し、後段回路を保護するものである。

【0047】

能動型微分モジュールは、図３では標準的な基本デバイスを備えた一般的な能動型微分回路を使用し、オペアンプＵ１、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６、コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ７からなる。オペアンプＵ１、コンデンサＣ３、抵抗Ｒ４は能動型微分モジュールを構成する必須な基本構成要素である。抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ７との比率は１であり、出力のスパイクを回避し、回路に最も平坦な振幅周波数応答を持たせてＱ値を低下させるためのものである。コンデンサＣ４は電圧の安定化を目的とし、オペアンプの自励発振を回避するものである。

【0048】

【0049】

比較出力モジュールは、図３では主にコンパレータＵ２である。能動型微分モジュールから出力されたＶｏｕｔが所定閾値よりも大きい場合にハイレベルを出力する。

【0050】

当業者が理解しやすくするために、図８は一実施例において測定された能動型微分ユニット２５の３つの段階における信号変動の模式図を示し、図において、
信号１は信号アクセスモジュールの抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の間の部位における電圧信号のグラフであり、
信号２は能動型微分モジュールのオペアンプＵ１から出力される電圧信号Ｖｏｕｔのグラフであり、
信号３はコンパレータＵ２から比較出力されるパルス状の方形波のグラフである。

【0051】

説明すべきこととして、上記した出力される電圧信号Ｖｏｕｔの計算式によれば、図８の信号２は信号１と負の相関があり、つまり、信号１が上がっていると、信号２の出力は負であり、信号１がピークに達すると、信号２は０であり、信号１がピークから下り始めると、信号２の出力は正であるが、能動型微分モジュールが負の信号を出力することができないため、信号２の出力が常に正であるように演算の結果に基準値が加算される。コンパレータＵ２は当該基準値を比較の基準とし、信号２が当該基準値を超え始めた後に増大し続けると、信号１がピークから下り始める過程にあることを表し、下がり終った後にローレベルを出力する。以上より、式は信号１がピークになった時、即ち、電圧変動率が０になった時に出力される信号値をコンパレータＵ２の基準入力端の基準値とし、つまり、Ｒ６＊２．５／（Ｒ５＋Ｒ６）である。

【0052】

以上より、実施においてＭＣＵコントローラ２１はＬＣＣ発振器２４の発振周波数を取得するために、能動的に高周波でサンプリングする必要がなく、信号３のパルス状の方形波を割り込み信号としてＭＣＵコントローラ２１に送信し、ＭＣＵコントローラ２１は当該信号を受信した後に隣接する方形波同士の間隔時間（即ち、周期）を計算して周波数を取得するだけでよい。ここで、電気用語「割り込み信号」とはチップやシングルチップマイコン類似デバイスの１つの制御方法であり、具体的には、ＣＰＵ又は受信プロセスが当該「割り込み信号」を受信する時に、他のプロセス又はタスクを一時的に停止し、適切なタイミングで「割り込み信号」に対応する機能又はプロセスを完了した後に、元のプロセス又はタスクに戻るものを意味する。

【0053】

以上によって、能動型微分モジュール２５はＬＣＣ発振器２４の電圧変動率又は導関数を検出し、比較演算して同じ周波数を有する方形波を生成し、当該方形波を割り込み信号としてＭＣＵコントローラ２１に送信するため、ＭＣＵコントローラ２１は当該信号を受信した後に隣接する方形波同士の間隔時間（即ち、周期）を計算して周波数を取得する。

【0054】

さらなる変形実施例において、上記ＬＣＣ発振器２４は同じ対称共振の直列ＬＣ発振器に置き換えるか又はそれを同等に使用してもよく、それらの共振過程はいずれも５０％のデューティサイクルで行われ、対称正弦又は余弦の変動電圧又は電流が出力され、また、それらのスイッチング切替はゼロ電流トポロジー技術で行われる。能動型微分ユニット２５を用いて直列ＬＣ発振器の周波数を追跡して、制御及び調整を容易にすることができる。

【0055】

本出願のさらなる実施例はエアロゾル発生装置の制御方法をさらに提供し、ここでエアロゾル発生装置は上記ＬＣＣ発振器２４又は類似した直列ＬＣ発振器によってサセプタ３０を駆動して加熱させるものである。方法のステップは図９に示すように、次のステップＳ２００～ステップＳ４００を含む。
ステップＳ１００で、ＬＣＣ発振器２４又は直列ＬＣ発振器の発振電圧変動率を検出する。
ステップＳ２００で、発振電圧変動率を所定値と比較し、所定値よりも高い場合にハイレベル信号を生成する。
ステップＳ３００で、ハイレベル信号の間隔時間を検出することでＬＣＣ発振器２４又は直列ＬＣ発振器の発振周波数を計算して検出する。
ステップＳ４００で、さらに、ＭＣＵコントローラ２１によってＬＣＣ発振器２４又は直列ＬＣ発振器の発振周波数をさらに調整することで、所定周波数と同じ又はほぼ同じにすることができる。

【0056】

周波数を追跡検出してリアルタイムに調整することで、発振周波数を所定周波数と同じ又はほぼ同じにし、これにより、効率を最大限向上させる。

【0057】

説明すべきことは、本出願の明細書及び図面には本出願の好ましい実施例が示されたが、本出願は本明細書に説明した実施例に限定されず、さらに、当業者であれば、上記説明に基づいて改良や変換を加えることができ、これらの改良や変換は全て本出願の添付する特許請求の範囲の保護範囲に属するものとする点である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】