咖啡机压粉方法及冲泡单元

技术领域

本发明属于咖啡冲泡技术，具体涉及咖啡机压粉方法及冲泡单元。

背景技术

现有的咖啡机，通过磨粉、压粉后用一定压力的热水对咖啡粉冲泡萃取成为咖啡饮料，其中的压粉是影响咖啡饮料品质的多种因素中的一个。咖啡粉被压得过于密实和过于疏松均不利于热水对咖啡粉的冲泡萃取。

授权公告号为CN211748887U的实用新型专利公开了一种咖啡机酿造机构，其包括酿造核心组件及酿造头组件，酿造核心组件包括转换连杆、顶出连杆、酿造腔体、下滤板以及酿造腔体与下滤板之间共同构成的排气阀组件，酿造头组件包括酿造头及液压装置，液压装置包括Y型密封圈、活塞缸盖、液压导杆、套设于液压导杆上的导杆弹簧、冷水通道及热水通道，冷水通道能够在一水泵的泵水作用下驱动酿造头压实咖啡粉，热水通道能够在另一水泵的泵水作用下将锅炉里的热水流经酿造头穿透过咖啡粉进行萃取咖啡，实现把咖啡粉压榨更彻底，咖啡萃取更充分。

前述专利文献所涉咖啡机酿造机构，冷水通道在一水泵的泵水作用下驱动酿造头压实咖啡粉，存在以下缺陷：

1、酿造腔体内的咖啡粉容量不同时，如冲泡大杯、中杯或小杯咖啡饮料时，咖啡粉在酿造腔体内深度不同，咖啡粉被压实的程度难以控制，咖啡粉的空隙率不稳定，尤其是咖啡粉容量不同时体现较为突出。而根据经验，无论酿造腔体内的咖啡粉容量多少，咖啡粉被压实到合理的程度，而不是被压得过于密实或者过于疏松，是压粉环节保证最终冲泡萃取的咖啡饮料品质的关键因素。

2、由于水泵水压的存在，酿造腔体内被压实的咖啡粉在被热水冲泡萃取的过程中会被继续压实，而咖啡粉被热水浸湿再被压实，将会大大降低热水通过咖啡粉的流速，热水的压力分布也会增加差异，因此造成冲泡效率降低以及咖啡饮料品质的降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有压实咖啡粉技术存在的咖啡粉容量不同时咖啡粉被压实的程度难以控制的缺陷，提供一种咖啡机压粉方法及冲泡单元，用以将不同容量的咖啡粉均能压实到合理的程度，保证压粉环节不对咖啡饮料的品质造成影响。

为达到本发明的目的，本发明的咖啡机压粉方法，其特征是：针对冲泡腔内咖啡粉的容量由冲泡塞自初始位置向冲泡腔移动设定行程用以把冲泡腔内的咖啡粉压实，冲泡后冲泡塞复位至初始位置。

本发明方法针对冲泡腔内咖啡粉的容量由冲泡塞自初始位置向冲泡腔移动设定行程用以把冲泡腔内的咖啡粉压实，因此，能够赋予不同容量的咖啡粉不同的设定行程，确保每种容量的咖啡粉均能被压实到合理的程度，保证咖啡粉的空隙率稳定。

本发明方法还在压实咖啡粉后停止冲泡塞，避免酿造腔体内被压实的咖啡粉在被热水冲泡萃取的过程中被继续压实所致的降低热水通过咖啡粉的流速、增加热水压力分布的差异以及最终造成冲泡效率降低以及咖啡饮料品质的降低。

为了便于用户制得不同容量的咖啡饮料，冲泡腔内咖啡粉的容量在咖啡机上选定。

为了简化用户的操作，针对选定的咖啡粉容量，所述设定行程为常数。即无论用户选择制得哪种容量的咖啡饮料，均有对应的设定行程，毋须用户进行针对性的操作来确定该设定行程。

由于磨豆装置将咖啡豆研磨成的咖啡粉粗细程度不同，而且咖啡粉粗细程度不同时其被压实后的压缩比存在差异，因此，所述设定行程与咖啡粉的粗细程度关联，咖啡粉较粗时设定行程较小，咖啡粉较细时设定行程较大。在咖啡机实际工作中，无论选择哪种容量的咖啡粉，均可能存在误差，当咖啡粉的实际容量与选择容量的标准值存在差异时，冲泡塞移动设定行程则难以把咖啡粉压实到合适的密实程度，譬如咖啡粉的实际容量小于选择容量的标准值时，冲泡塞移动的设定行程大于实际的压粉行程，咖啡粉将会被压实得较为疏松，咖啡粉的实际容量大于选择容量的标准值时，冲泡塞移动的设定行程小于实际的压粉行程，咖啡粉将会被压实得较为密实。为了适于咖啡粉容量的误差，即在咖啡粉容量存在误差时，还是能够将咖啡粉压实至合适的程度，为此，所述设定行程包括空程行程和压粉行程，并执行以下步骤：

(1)空程行程：冲泡塞自初始位置向冲泡腔移动直至接触咖啡粉，并确定该空程行程的距离和冲泡腔内咖啡粉的容量；

(2)压粉行程：自冲泡塞接触咖啡粉时起冲泡塞继续移动压粉行程用以压实咖啡粉；

(3)复位行程：冲泡后冲泡塞复位至初始位置；

其中：

△L＝(L-L0)*(1-k)，

△L为压粉行程的距离，

L为冲泡塞位于初始位置时冲泡塞底面与冲泡腔底面之间的距离，

L0为空程行程的距离，

(L-L0)为咖啡粉被压实前的容量对应的深度，

k为压缩比，为咖啡粉被压实后的体积与被压实前的体积的比值，为常数。

据此，无论咖啡粉的容量多少，冲泡塞均是在接触咖啡粉时计算压粉行程并由冲泡塞实际移动该压粉行程，避免压粉误差。

尤其是，k值为40％-70％。

由于磨豆装置将咖啡豆研磨成的咖啡粉粗细程度不同，而且咖啡粉粗细程度不同时其被压实后的压缩比存在差异，因此，所述k值与咖啡粉的粗细程度关联，咖啡粉较粗时k值较大，咖啡粉较细时k值较小。

而且，咖啡粉的粗细程度由调节旋钮调节磨豆装置确定。即当通过调节旋钮调节磨豆装置来调节咖啡粉的粗细程度时，k值应当随着咖啡粉的粗细程度变化以适应咖啡粉的粗细程度。

由于冲泡塞在没有接触压实咖啡粉时，冲泡塞的压粉端面对咖啡粉的压力为0，冲泡塞的压粉端面受到咖啡粉的反作用力也为0；当冲泡塞接触并压实咖啡粉时，冲泡塞的压粉端面对咖啡粉的压力瞬间增大，冲泡塞的压粉端面受到咖啡粉的反作用力也瞬间增大。因此，在一个实施例中，冲泡塞接触咖啡粉由压力传感器感应，压力传感器能够准确感应压力变化，确保。冲泡塞实际的压粉行程与设定行程相一致。

为了控制冲泡塞准确移动，冲泡塞被配置为借螺纹传动机构自初始位置向冲泡腔移动和复位，螺纹传动机构由电机经变速机构驱动，压粉行程由电机或变速机构的转轴的转数确定。

为了将冲泡塞准确定位在初始位置，初始位置由位置开关确定。

为达到本发明的目的，本发明的冲泡单元，包括冲泡器和冲泡塞组件，所述冲泡器具有冲泡腔，所述冲泡腔被配置为在接粉位置与压粉冲泡位置之间换位动作，所述冲泡塞组件具有用以压粉的冲泡塞，其特征是：冲泡塞被配置为借螺纹传动机构自初始位置向冲泡腔移动和复位，螺纹传动机构由电机经变速机构驱动，为所述电机或变速机构的转轴配置用以确定冲泡塞移动距离的转数计量装置。

所述转数计量装置被配置为向控制器发送计量所得转数，控制器被配置为确定(计算或者存贮)预设值并且与转数计量装置发来的计量所得转数达到该预设值时指令电机停止，并在冲泡后指令电机反转驱动冲泡塞复位。

该冲泡单元，为将咖啡粉压实到合适的压实程度提供了结构支持。

为了准确控制冲泡塞的移动行程，所述螺纹传动机构包括螺杆、螺母和轴向导向结构，所述螺杆设于冲泡塞，所述螺母与所述变速机构传动配合，螺母相对于螺杆通过螺纹配合转动时冲泡塞借轴向导向结构做轴向移动。因此，通过控制螺杆的转数来确定冲泡塞压粉动作中的移动距离。

为了约束冲泡塞移动，避免冲泡塞转动，所述冲泡塞组件包括用于装配冲泡塞的支架，所述轴向导向结构包括设于支架上的导向块和设于冲泡塞上的导向槽，螺母相对于螺杆通过螺纹配合转动时，导向块位于导向槽内引导螺杆轴向移动。

为了计算冲泡塞的移动行程，所述转数计量装置包括磁环和磁敏感应器，所述磁环配置为随电机或变速机构的转轴转动，所述磁敏感应器临近所述磁环用于感应磁环磁场变化。

为了将冲泡塞定位在初始位置，为所述冲泡塞配置位置开关用以翻皮水复位时将冲泡塞停止在初始位置。

本发明针对冲泡腔内咖啡粉的容量由冲泡塞自初始位置向冲泡腔移动设定行程用以把冲泡腔内的咖啡粉压实，因此，能够赋予不同容量的咖啡粉不同的设定行程，确保每种容量的咖啡粉均能被压实到合理的程度，保证咖啡粉的空隙率稳定。

本发明还在压实咖啡粉后停止冲泡塞，避免酿造腔体内被压实的咖啡粉在被热水冲泡萃取的过程中被继续压实所致的降低热水通过咖啡粉的流速、增加热水压力分布的差异以及最终造成冲泡效率降低以及咖啡饮料品质的降低。

本发明将冲泡塞被配置为借螺纹传动机构自初始位置向冲泡腔移动和复位，螺纹传动机构由电机经变速机构驱动，为电机或变速机构的转轴配置用以确定冲泡塞移动距离的转数计量装置，为将咖啡粉压实到合适的压实程度提供了结构支持。

附图说明

图1为本发明的冲泡器与咖啡机机壳的装配位置示意图；

图2为本发明冲泡单元的冲泡腔位于压粉冲泡位置的示意图；

图3为本发明冲泡单元的冲泡腔位于压粉冲泡位置的剖面示意图；

图4为本发明冲泡单元的冲泡腔位于接粉位置的示意图；

图5为图4所示结构的另一视角的示意图；

图6-12为本发明的冲泡腔接粉与压粉的过程示意图，其中：

图6为本发明的冲泡腔接粉时的示意图，

图7为本发明的冲泡腔接粉完成时的示意图，

图8为本发明的冲泡腔位于压粉冲泡位置准备压粉时的示意图，

图9为本发明的冲泡腔处于压粉和冲泡状态的示意图，

图10为本发明的顶杆顶推粉饼的示意图，

图11为本发明的冲泡腔从压粉冲泡位置复位到接粉位置过程中粉饼被阻挡跌落的示意图，

图12为本发明的冲泡腔从压粉冲泡位置复位到接粉位置的示意图，

图13为本发明的控制电路示意图；

图中标号说明：

100冲泡器，101冲泡腔，102顶杆，103壳体，104冲泡腔驱动机构，105托板；

200冲泡塞组件，201冲泡塞，202电机，203变速机构，204螺杆，205支架，206导向槽，207磁环，208磁敏感应器，209螺母，210压力传感器；

300咖啡机，301机壳，302水泵，303检测器，304控制器；

401咖啡粉，402粉饼；

500锅炉。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列技术特征的方法或产品，不必限于清楚地列出的那些技术特征，还可包括没有清楚地列出的能够包含在该方法或产品中的其它技术特征。

下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细介绍。

如图2-3所示的冲泡单元，包括冲泡器100和冲泡塞组件200。该冲泡单元为将咖啡粉压实到合适的压实程度提供结构支持。

冲泡塞组件200固定装配在图1所示咖啡机300的机壳301内。冲泡塞组件200具有用以压粉的冲泡塞201。如图2-13所示，冲泡塞201被配置为借螺纹传动机构自初始位置向冲泡腔移动和复位，螺纹传动机构由电机202经变速机构203驱动，为电机或变速机构的转轴配置用以确定冲泡塞移动距离的转数计量装置。转数计量装置被配置为向控制器发送计量所得转数，控制器被配置为确定(计算或者存贮)预设值并且与转数计量装置发来的计量所得转数达到该预设值时指令电机停止，并在冲泡后指令电机反转驱动冲泡塞复位。

为了准确控制冲泡塞的移动行程，螺纹传动机构包括螺杆204、螺母209和轴向导向结构，螺杆204设于冲泡塞201，螺母209的外周制成齿轮并与作为变速机构的齿轮组传动配合，螺母209相对于螺杆204通过螺纹配合转动时冲泡塞201借轴向导向结构做轴向移动。

为了约束冲泡塞移动，避免冲泡塞转动，冲泡塞组件200包括用于装配冲泡塞201的支架205，轴向导向结构包括设于支架上的导向块和设于冲泡塞上的导向槽206，螺母相对于螺杆通过螺纹配合转动时，导向块位于导向槽内引导螺杆轴向移动。

因此，电机的转动经变速机构、螺纹传动机构以及轴向导向结构的导向可以转化为冲泡塞的轴向移动，并且，通过控制螺杆的转数来确定冲泡塞压粉动作中的移动距离。

如图2、图13所示，为了计算冲泡塞的移动行程，转数计量装置包括磁环207和磁敏感应器208，图示磁环配置为随电机的转轴转动，磁敏感应器临近磁环用于感应磁环磁场变化。在其它实施例中，磁环还可配置为随变速机构的转轴转动。而且，在其它实施例中，磁环和磁敏感应器可以用光电传感器等代替。

为了将冲泡塞201定位在初始位置，为冲泡塞配置位置开关，冲泡塞复位时触碰到位置开关即停止在初始位置，从而确定冲泡塞压粉时移动行程的起点准确。

冲泡器100具有冲泡腔101，冲泡腔101底部具有顶杆102，顶杆102顶部为托板105。顶杆102降低时，托板105位于冲泡腔101底部，冲泡腔101具有足够大的容量来接收咖啡粉。顶杆102升高时，托板105位于冲泡腔101顶部，用以将冲泡后的粉饼402举高顶出冲泡腔。冲泡器100拆卸装配在机壳301内，冲泡器100装入机壳后与冲泡塞组件200卡接在一起。而且冲泡腔101被配置为在图4-7及图12所示接粉位置与图8-9所示压粉冲泡位置之间换位动作。冲泡器100包括冲泡腔驱动机构104，冲泡腔驱动机构104为冲泡腔的换位及顶杆的升降提供驱动力。

在咖啡机中，磨豆装置通常由调节旋钮调节研磨间隙用以调节咖啡粉的粗细程度。因此，尤其是，这种调节按照档位设置，如设置1、2、3、4及5档，分别表示咖啡粉从细到粗的程度，并且为调节旋钮配置一个检测器303用以将档位信息传递给咖啡机的控制器304。基于前述结构的冲泡单元，可以按照下述实施例的方式进行压粉。

实施例1

本实施例的压粉步骤是：

1.1用户在咖啡机300上选定冲泡腔内咖啡粉的容量，这一般通过操作咖啡机上对应的按键实现，如选择大杯、中杯或者小杯，则咖啡粉的容量、用以冲泡咖啡粉的水的容量均被确定，同时冲泡塞压粉的设定行程也被确定，针对选定的咖啡粉容量，设定行程均为常数；选定咖啡粉的容量后，启动咖啡机。

1.2咖啡机的磨豆装置将咖啡豆研磨成粉，并从图6所示状态落入冲泡腔101，直至图7所示磨粉完成。

1.3冲泡腔101在冲泡腔驱动机构104驱动下换位到图8所示压粉冲泡位置准备压粉。

1.4冲泡塞201从起始位置向冲泡腔101方向移动设定行程，将咖啡粉压实；之后水泵302工作输水，水被锅炉500加热后按照一定的压力流入冲泡腔101对咖啡粉冲泡萃取，热水流量达到设定值后水泵停止输水。

1.5如图10所示，冲泡塞201复位至初始位置，顶杆102升高，粉饼402被举高顶出冲泡腔。

1.6如图11所示，冲泡腔101从压粉冲泡位置向接粉位置换位，在该换位过程中，粉饼402被壳体103阻挡而跌落；其中的粉饼是被压实的咖啡粉经冲泡萃取后形成的聚积在一起的饼状形态。

1.7最后，冲泡腔101复位到接粉位置，顶杆102降低至冲泡腔的最低位，即可进行下一次的接粉、压粉及冲泡。

在该实施例中，由于磨豆装置将咖啡豆研磨成的咖啡粉粗细程度不同，而且咖啡粉粗细程度不同时其被压实后的压缩比存在差异，因此，设定行程与咖啡粉的粗细程度关联，咖啡粉较粗时设定行程较小，咖啡粉较细时设定行程较大。这由控制器304根据检测器303传递来的档位信号确定设定行程，将设定行程与咖啡粉的粗细程度关联，咖啡粉较粗时设定行程较小，咖啡粉较细时设定行程较大。

实施例2

在咖啡机实际工作中，无论选择哪种容量的咖啡粉，均可能存在误差，因此，在本实施例中，设定行程包括空程行程和压粉行程，其中的空程行程为冲泡塞从起始位置移动到接触咖啡粉的位置所移动的行程，压粉行程为冲泡塞实际压实咖啡粉移动的行程。该实施例执行以下步骤：

2.1用户在咖啡机300上选定冲泡腔内咖啡粉的容量，如选择大杯、中杯或者小杯，由于研磨所得咖啡粉的容量可能存在误差，因此在该实施例中，选择咖啡粉的容量用于确定冲泡咖啡粉的水的容量，不确定设定行程；之后启动咖啡机；

2.2咖啡机的磨豆装置将咖啡豆研磨成粉，并从图6所示状态落入冲泡腔101，直至图7所示磨粉完成；

2.3冲泡腔101在冲泡腔驱动机构104驱动下换位到图8所示压粉冲泡位置准备压粉；

2.4执行空程行程：冲泡塞201自初始位置向冲泡腔移动直至接触咖啡粉401，是否接触咖啡粉由配置在冲泡塞底面上的压力传感器210确定(参见图13)，该过程移动的距离就是空程行程，据此能够确定该空程行程的距离和冲泡腔内咖啡粉的容量，空程行程的距离可以通过计算螺杆的转数确定，这通过电机的转数及传动比可以计算得到；

2.5执行压粉行程：自冲泡塞201接触咖啡粉401时起冲泡塞继续移动压粉行程用以压实咖啡粉，压粉行程同样由电机或变速机构的转轴的转数确定；

在步骤2.4与2.5中，通过公式△L＝(L-L0)*(1-k)由咖啡机的控制器计算得到空程行程和压粉行程，其中：

△L为压粉行程的距离，

L为冲泡塞位于初始位置时冲泡塞底面与冲泡腔底面之间的距离，

L0为空程行程的距离，

(L-L0)为咖啡粉被压实前的容量对应的深度，

k为压缩比，为咖啡粉被压实后的体积与被压实前的体积的比值，为40％-70％。

据此，无论咖啡粉的实际容量多少，冲泡塞均是在接触咖啡粉时计算压粉行程并由冲泡塞实际移动该压粉行程，将咖啡粉压实，避免压粉误差；之后水泵302工作输水，水被加热后按照一定的压力流入冲泡腔对咖啡粉冲泡萃取，热水流量达到设定值后水泵停止输水；

2.6如图10所示，冲泡塞201复位至初始位置，初始位置由位置开关确定，也可以令电机驱动螺杆反向转动空程行程与压粉行程对应的总圈数来确定；顶杆102升高，粉饼402被举高顶出冲泡腔；

2.7如图11所示，冲泡腔101从压粉冲泡位置向接粉位置换位，在该换位过程中，粉饼402被壳体103阻挡而跌落；

2.8最后，冲泡腔101复位到接粉位置，顶杆102降低至冲泡腔的最低位，即可进行下一次的接粉、压粉及冲泡。

在该实施例中，由于磨豆装置将咖啡豆研磨成的咖啡粉粗细程度不同，而且咖啡粉粗细程度不同时其被压实后的压缩比存在差异，因此，k值与咖啡粉的粗细程度关联，咖啡粉较粗时k值较大，咖啡粉较细时k值较小。而且，咖啡粉的粗细程度由调节旋钮调节磨豆装置确定，即当通过调节旋钮调节磨豆装置来调节咖啡粉的粗细程度时，k值应当随着咖啡粉的粗细程度变化以适应咖啡粉的粗细程度，针对每个档位，赋予不同的k值。因此，在步骤2.5中，由控制器304根据检测器303传递来的档位信号确定对应档位的k值，最终确定更为准确的压粉行程。

在实施例1和实施例2中，如图7-8所示，咖啡粉的顶部可能呈现为中心部位隆起的不平整状态，因此在冲泡塞初始接触咖啡粉时会将咖啡粉的隆起部分压平，冲泡塞将咖啡粉的隆起部分压平所移动的行程并非实际意义上的压粉行程，为了准确确定压粉行程，该过程可以进行修正。由于冲泡腔的直径是确定的，隆起部分的形态以及容量也可以确定，即冲泡塞把隆起部分压平所移动的压平行程可以确定。因此，就实施例1而言，修正的方法是用实施例1的设定行程减去该压平行程。在实施例2中，则是压粉行程减去该压平行程，即△L-L1，L1为压平行程的距离。