一种双线圈电磁加热烟具及闭环温控方法与流程

本发明属于烟草机械，具体涉及一种耦合加热和非接触测温的双线圈电磁加热烟具及闭环温控方法。

背景技术：

1、加热卷烟，全称加热不燃烧烟草制品（hnb），是一种通过外部热源（通常为电池驱动的电子设备）将特制烟弹中的烟草加热至250-350℃（远低于传统卷烟600℃以上的燃烧温度），从而释放含尼古丁气溶胶的新型烟草产品。其核心特点是“加热而非燃烧”，旨在减少因烟草燃烧产生的焦油等有害物质。

2、现有加热不燃烧电磁烟具主要分为两类主流方案，均存在明显技术缺陷：1. 单线圈分时复用电磁加热方案（代表专利：cn115736381a、iqos iluma 系列专利），采用同一组线圈交替执行加热激励与温度采样，分时切换工作模式。缺陷：（1）加热大功率磁场残留干扰测温弱信号，采样波动大、测温误差高；（2）加热、测温分时交替，无法同步实时监测，升温阶段易瞬时超温干烧；（3）依靠线圈阻抗间接测温，全温区线性度差，仅能识别居里点突变，无法连续精准控温；（4）频繁切换电路加重主控负荷，温控响应滞后，各口抽吸温度差异大。2. 接触式热敏电阻/热电偶测温电阻加热烟具（传统 hnb 电阻方案），发热针刺入烟支内部，外置热敏电阻接触测温。缺陷：（1）测温元件长期高温易老化、脱落、温漂，长期使用精度持续下降；（2）接触式测温存在热滞后，无法实时反馈发热体真实温度；（3）发热针易积焦油碳化、断裂，维护成本高，无无源烟支方案，烟支内置电路成本高。

3、现有双线圈专利（cn110074457a、cn202123033838.5）存在缺陷：现有双线圈多为分段分区加热线圈或内外双层加热线圈，无独立专用检测线圈；少数双线圈方案未设置分层屏蔽隔离、未实现并行同步测温，仍采用分时采样，无法解决强弱电串扰；且未结合铁磁合金居里温度连续测温算法，仅依靠单点居里阈值断电，无法实现全程线性闭环恒温。

4、综上，现有技术缺少一套加热线圈与检测线圈完全硬件解耦、并行同步工作、分层屏蔽隔离、基于居里温度连续非接触测温、全流程三段闭环控制的双线圈电磁烟具架构，存在测温不准、干扰严重、温控稳定性差等问题。

5、为此提出本发明。

技术实现思路

1、本发明涉及加热不燃烧（hnb）电磁感应烟具技术，特别涉及一种双线圈解耦耦合加热+非接触居里测温闭环控制的电磁加热烟具及其温控控制方法。

2、本发明公开的种双线圈独立分工电磁加热烟具及闭环温控方案，属于加热不燃烧新型烟草技术领域。烟具的加热腔采用高功率加热线圈+低功率检测线圈分层同轴嵌套结构；配套烟支预埋无源铁磁性加热芯。加热线圈通入高频交变电流依靠涡流、磁滞损耗发热；检测线圈弱信号采集铁磁芯磁导率、阻抗、谐振参数随温度的变化量，基于居里温度特性实现全程无接触连续测温，并行同步工作无需分时切换。主控执行烟支识别、快速升温、恒温闭环调控三段逻辑，可实现高精度恒温，具备防干烧、防超温、无耗材的多重保护。本发明解决了传统单线圈分时测温干扰大、接触式测温漂移老化、加热测温互相干扰、温度均匀性差等缺陷。

3、本发明提供的耦合加热+非接触测温双线圈电磁加热烟具及闭环温控方法，实现了加热、测温完全独立并行工作，消除电磁串扰，非接触连续高精度测温。

4、本发明的技术方案如下：

5、本发明第一方面公开了一种双线圈电磁加热烟具，包括：检测线圈2、加热线圈3、烟草容纳腔4、周向屏蔽环5、和屏蔽层6；其中加热线圈3设置于烟草容纳腔4外围；加热线圈3外围设置有周向屏蔽环5；烟草容纳腔4底部设置有屏蔽层6；所述检测线圈2布置在加热线圈3的内侧、外侧、同柱面、下侧、或上侧；所述烟具配套的烟支9内部预埋无源铁磁性感应加热芯91。

6、优选地，所述加热线圈3为粗线、密绕、低阻抗绕制的线圈；所述无源铁磁性感应加热芯91的材质为铁磁性合金中的一种或多种；所述检测线圈2为细线、密绕、高阻抗线圈；所述检测线圈2为盘形线圈21、螺旋形线圈、或片形线圈等形式；加热线圈3和检测线圈2均可以采用绕制或印刷等加工方式得到。

7、优选地，所述检测线圈2、加热线圈3可采用绕制或印刷等加工方式。

8、优选地，所述烟具还包括：控制电路板7和连接的电源8；所述控制电路板7分别电连接加热线圈3和检测线圈2；所述控制电路板7内置差分放大多级滤波硬件电路。

9、优选地，所述烟具还包括电控系统，所述电控系统通过控制电路板7控制热线圈3和检测线圈2。

10、优选地，所述烟具还包括外壳1。

11、本发明第二方面公开了所述的双线圈电磁加热烟具的闭环温控方法，包括并行同步工作的加热流程与测温采样流程，分为三个阶段：

12、s1，待机识别阶段：通电后检测线圈2优先持续发射微弱检测信号，采集烟草容纳腔4腔体磁场反馈参数，判断是否存在预埋铁磁性加热芯91的烟支9；若识别成功则解锁加热功能，未识别成功则维持待机；

13、s2，快速升温阶段：控制电路板7驱动加热线圈3满功率输出交变磁场，检测线圈2高频连续采集加热芯91温度参数，实时监测升温速率，抑制瞬时超温；

14、s3，恒温闭环调控阶段：温度接近设定恒温区间时，控制电路板7依据检测线圈2实时反馈，动态调节加热线圈3的电压、电流、及占空比等；温度偏高降功率、温度偏低升功率，毫秒级闭环调节；当温度达到铁磁芯居里临界温度，切断加热功率。

15、如图1-2所示，本发明的一种耦合加热+非接触测温双线圈电磁加热烟具，包括外壳1、检测线圈2、加热线圈3、烟草容纳腔4、周向屏蔽环5、屏蔽层6、控制电路板7、和电源8；

16、配套烟支9有加热芯91，配套烟支9内部预埋无源铁磁性感应加热芯91，材质优选为铁镍或铁铬铁磁合金，具备固定居里温度、高磁导率、高涡流损耗特性，无内置电路；

17、如图1所示，双线圈模组同轴分层嵌套设置于烟草容纳腔4外侧，由内层电磁激励的加热线圈3、外层非接触测温的检测线圈2组成；烟草容纳腔4外侧设置有周向屏蔽环5，底部设置有屏蔽层6，防止磁场对电路板7产生干扰，周向屏蔽环5约束磁场外泄；

18、内层的电磁激励加热线圈3为：粗线径、多匝数低阻抗绕制，连接主控逆变功率电路，输出高频交变电磁激励，与铁磁性加热芯91耦合产生涡流、磁滞损耗发热；仅负责功率输出，不参与信号采样；

19、外层的非接触测温检测线圈2为：细线密绕高阻抗结构，连接主控弱信号采样电路，仅输出微弱检测磁场，实时采集铁磁性加热芯91磁导率、感应阻抗、谐振频率偏移参数，间接检测加热芯91温度；

20、主控控制电路板7分别电连接加热线圈3、检测线圈2，内置差分放大、多级滤波硬件电路与分段温度校准算法；主控控制电路板7并行同步驱动两组线圈工作，检测线圈2持续实时采样，加热线圈3动态调节输出功率，实现无接触闭环温控、耗材识别、超温断电、干烧保护。

21、检测线圈2兼具耗材识别功能：无铁磁性加热芯91时磁场反馈参数为空，主控锁定加热功率输出，禁止启动加热；检测线圈2可采用盘形线圈21（如图2所示）、螺旋形线圈、或片形线圈等结构形态，布置位置可位于加热线圈3的内侧、外侧、同柱面、下侧、上侧等位置，只要可对发热芯91实现稳定信号采样即可。

22、电控系统包含三段工作逻辑：待机识别阶段、快速升温阶段、恒温闭环调控阶段；恒温阶段基于加热芯91居里温度特性设置极限温控阈值，达到临界温度自动切断或减小加热功率。

23、主控内置出厂标定温度-电磁参数拟合曲线，采用分段拟合算法修正铁磁材料温变非线性偏差，实现精准测温。

24、本发明的双线圈电磁加热烟具的闭环温控方法，包含并行同步工作的加热流程与测温采样流程，分为三个阶段：

25、s1，待机识别阶段：上电后检测线圈2优先持续发射微弱检测信号，采集烟草容纳腔4腔体磁场反馈参数，判断是否存在预埋铁磁性加热芯91的合规烟支9；识别成功解锁加热功能，未识别维持待机保护；

26、s2，快速升温阶段：主控驱动加热线圈3满功率输出交变磁场，检测线圈2高频连续采集加热芯91温度参数，实时监测升温速率，抑制瞬时超温；

27、s3，恒温闭环调控阶段：温度接近设定恒温区间时，电控系统依据检测线圈2实时反馈动态调节加热线圈3的电压、电流、占空比、工作频率灯光；温度偏高降功率、偏低升功率，毫秒级闭环调节；当温度达到铁磁芯居里临界温度，直接切断加热功率，防止干烧碳化。

28、本发明的有益效果：

29、本发明的双线圈电磁加热烟具及闭环温控方法，采用专用检测线圈2+居里温度连续线性测温方案，区别于传统单点居里断电方案。传统电磁烟具仅利用居里点突变做单一过热保护，无法全程连续测温。本发明通过检测线圈2实时捕捉全温区磁导率、阻抗连续变化，配合出厂分段标定曲线，实现连续精准测温，而非仅单点阈值保护，恒温稳定性远超同类方案。

30、本发明通过双线圈硬件解耦搭配分层屏蔽结构消除强弱电磁串扰，依托铁磁材料温变磁特性实现全程连续非接触精准测温，单一检测线圈同时完成烟支识别、实时测温、超温干烧多重防护；解决了现有技术的单线圈分时测温干扰大、接触式测温易漂移老化，传统双线圈无法同步测温、温控精度差等技术缺陷。

31、本发明的烟具具备多重一体化安全防护，功能集成度更高。单一检测线圈2同时实现烟支识别、实时测温、超温干烧三重保护。本方案结构更精简、有效避免检测线圈2与加热线圈3之间相互干扰，提高检测准确性与时效性。

32、本发明的烟具，优化了加热均匀性设计，加热线圈3采用粗线密绕工艺且紧贴烟草容纳腔4腔体，磁场可全域覆盖加热芯91，配合变频动态功率调节，有效解决同类专利产品局部过热、两端温差大的缺陷，保障抽吸过程中每口温度高度一致性。