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1、(10)申请公布号 CN 102868216 A (43)申请公布日 2013.01.09 CN 102868216 A *CN102868216A* (21)申请号 201110190473.9 (22)申请日 2011.07.08 H02J 13/00(2006.01) (71)申请人 杨鸣峰 地址 550002 贵州省贵阳市青禾街 2 号 (72)发明人 杨鸣峰 (74)专利代理机构 贵阳中新专利商标事务所 52100 代理人 刘楠 (54) 发明名称 一种智能功率分配方法及装置 (57) 摘要 本发明公开了一种智能功率分配方法及装 置， 该方法是通过控制每个用电户不超过功率配 额从而保。
2、证用户电表和整个小区或楼宇电力变压 器的安全 ； 将用户的各种电器按用电类型划分成 必保电器和可控电器两大类 ； 通过安装在每户的 智能功率分配器实时监控该用户正在使用的必保 电器的实际功率， 在确保必保电器用电的前提下， 将功率配额剩余的功率分配给可控电器 ； 保证用 户实时使用的总功率控制在功率配额范围内。本 发明无需电力外网增容， 经济效益显著。可避免 电力负荷高峰叠加对变压器或电能表造成的冲击 或毁坏， 节省了巨额的电力增容费。 本发明适应面 广， 扩展方便， 适应各种户型的要求。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识。
3、产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 1/1 页 2 1. 一种智能功率分配方法， 其特征在于 ： 该方法是通过控制每个用户用电功率不超过 功率配额， 从而保证用户电表和整个小区或楼宇电力变压器的安全 ； 将用户的各种电器按 用电类型划分成必保电器和可控电器两大类 ； 通过安装在每户的智能功率分配器实时监控 该用户正在使用的必保电器的实际功率， 在确保必保电器用电的前提下， 将功率配额剩余 的功率分配给可控电器 ； 保证用户实时使用的总功率控制在功率配额范围内。 2. 根据权利要求 1 所述的智能功率分配方法， 其特征在于 ： 所述智能功率分配器仅设 。
4、有一路电力输入和一路电力输出， 通过设在智能功率分配器内电力输入和电力输出之间的 自动开关， 确保每户的必保电器用电总功率不超过该用户分配的功率配额。 3. 根据权利要求 1 所述的智能功率分配方法， 其特征在于 ： 所述智能功率分配器通过 设在智能功率分配器内的电流传感器和电压传感器与智能功率分配器内的微程序控制器 控制可控电器中部分或全部电器的通断。 4. 根据权利要求 3 所述的智能功率分配方法， 其特征在于 ： 所述微程序控制器内储存 有用户的功率配额， 微程序控制器通过采集、 计算得到每个可控电器的功率以及各可控电 器的优先级别数据， 并存储这些数据， 微程序控制器根据功率配额和必保。
5、电器实际所用功 率计算出剩余功率， 然后根据剩余功率和每个可控电器的功率以及各可控电器的优先级 别， 微程序控制器再根据可控电器用电的实际需求， 计算输出一组控制信号， 控制信号通过 智能功率分配器内的控制信号输出接口远程控制可控电器中部分或全部电器的通断。 5. 一种智能功率分配装置， 其特征在于 ： 包括与仅有的一路电力输入 （1） 连接的智能 功率分配器 （2） ， 该智能功率分配器 （2） 包括由自动开关 （6） 、 电流传感器 （7） 、 电压传感器 （8） 、 微程序控制器 （9） 和控制信号输出接口 （10） 连接组成， 其自动开关 （6） 的一端与一路 电力输入 （1） 连接，。
6、 自动开关 （6） 的另一端与仅有的一路电力输出 （3） 连接， 电流传感器 （7） 串联在自动开关 （6） 与一路电力输入 （1） 之间或串联在自动开关 （6） 与一路电力输出 （3） 之间 ； 电压传感器 （8） 的信号输入端与电力输入 （1） 连接， 电压传感器 （8） 和电流传感器 （7） 的输出端与微程序控制器 （9） 连接， 微程序控制器 （9） 与控制信号输出接口 （10） 连接 ； 智能 功率分配器 （2） 通过自动开关 （6） 经仅有的一路电力输出 （3） 与一组必保电器开关 （4） 和 一组可控电器开关 （5） 连接， 在一组可控电器开关 （5） 的另一端连接有受控制信号输。
7、出接 口 （10） 的输出信号控制的远程受控电力开关 （11.1 11.n） 。 6. 根据权利要求 5 所述的智能功率分配装置， 其特征在于 ： 所述远程受控电力开关 （11.1 11.n） 与智能功率分配器 （2） 内的控制信号输出接口 （10） 通过有线通讯或无线通 讯连接。 7.根据权利要求5所述的智能功率分配装置， 其特征在于 ： 自动开关 （6） 为受控功率开 关或过电流保护开关 ； 一组必保电器开关 （4） 和一组可控电器开关 （5） 为空气开关或闸刀 开关。 8. 根据权利要求 5 所述的智能功率分配装置， 其特征在于 ： 远程受控电力开关 （11.1 11.n） 为受控的继电。
8、器、 可控硅、 IGBT 开关。 权 利 要 求 书 CN 102868216 A 2 1/6 页 3 一种智能功率分配方法及装置 技术领域 0001 本发明涉及一种智能功率分配方法及装置， 属于住宅小区电力保护技术领域。 背景技术 0002 目前的住宅小区或办公楼宇一般都未采取功率分配措施， 随着各种家用、 办公电 器的普及， 住房、 办公室的用电量增加较大， 特别是在一些小区、 办公楼采用电采暖、 空调 后， 用电量急剧增加， 如果每个用户都不加控制的使用家里或办公室的各种电器， 超过分配 给每户的功率配额或电表的容量， 将会使小区或楼宇的变压器或用户的电表严重超负荷运 行， 如果增加变压。
9、器容量或更换更大容量的电表， 需要增加巨额的电力增容费。 也不利于节 能的原则。为了解决上述矛盾， 有些小区或楼宇、 单个用户采取了功率分配方案， 但目前的 功率分配器智能程度低， 在功率分配器中安装有多路电力控制开关， 体积大 ； 功率分配器同 控制电器之间采用多路 （有几个控制点就有几路） 输出， 较粗的电力导线不方便安装， 施工 成本高。如果是对已经装修完的房屋进行改造， 则更困难。 发明内容 0003 本发明的目的在于 ： 提供一种智能功率分配方法及装置， 以每个家庭为单元， 自动 调配用电功率， 在不增容电力的情况下， 解决用户因住宅电力容量不足， 不能正常使用可控 电器的问题。 0。
10、004 本发明的技术方案是这样实现的 ： 本发明的一种智能功率分配方法是通过控制每 个用电户不超过功率配额从而保证用户电表和整个小区或楼宇电力变压器的安全 ； 将用户 的各种电器按用电类型划分成必保电器和可控电器两大类 ； 通过安装在每户的智能功率分 配器实时监控该用户正在使用的必保电器的实际功率， 在确保必保电器用电的前提下， 将 功率配额剩余的功率分配给可控电器 ； 将用户实时使用的总功率控制在功率配额范围内。 0005 上述智能功率分配器仅设有一路电力输入和一路电力输出， 通过设在智能功率分 配器内电力输入和电力输出之间的自动开关， 确保每户的必保电器用电总功率不超过该用 户分配的功率配。
11、额。 0006 上述智能功率分配器通过设在智能功率分配器内的电流传感器和电压传感器与 智能功率分配器内的微程序控制器控制可控电器中部分或全部电器的通断。 0007 所述微程序控制器内储存有用户的功率配额， 微程序控制器通过采集、 计算得到 每个可控电器的功率以及各可控电器的优先级别数据， 并存储这些数据， 微程序控制器根 据功率配额和必保电器实际所用功率计算出剩余功率， 然后根据剩余功率和每个可控电器 的功率以及各可控电器的优先级别， 微程序控制器再根据可控电器用电的实际需求， 计算 输出一组控制信号， 控制信号通过智能功率分配器内的控制信号输出接口远程控制可控电 器中部分或全部电器的通断。 。
12、0008 根据上述方法构建的本发明的一种智能功率分配装置为 ： 该装置包括与仅有的一 路电力输入连接的智能功率分配器， 该智能功率分配器包括由自动开关、 电流传感器、 电压 说 明 书 CN 102868216 A 3 2/6 页 4 传感器、 微程序控制器和控制信号输出接口连接组成， 其自动开关的一端与一路电力输入 连接， 自动开关的另一端与仅有的一路电力输出连接， 电流传感器串联在自动开关与一路 电力输入之间或串联在自动开关与一路电力输出之间 ； 电压传感器的信号输入端与电力输 入连接， 电压传感器和电流传感器的输出端与微程序控制器连接， 微程序控制器与控制信 号输出接口连接 ； 智能功率。
13、分配器通过自动开关经仅有的一路电力输出与一组必保电器开 关和一组可控电器开关连接， 在一组可控电器开关的另一端连接有受控制信号输出接口的 输出信号控制的远程受控电力开关。 0009 上述远程受控电力开关与智能功率分配器 2 内的控制信号输出接口通过有线通 讯或无线通讯连接。 0010 上述自动开关为受控功率开关或过电流保护开关 ； 一组必保电器开关和一组可控 电器开关为空气开关或闸刀开关。 0011 上述远程受控电力开关为受控的继电器、 可控硅、 IGBT 开关。 0012 由于采用了上述技术方案， 本发明无需电力外网增容， 经济效益显著。 本发明的智 能功率分配器进行智能化控制， 既可以控制。
14、各种电器按需要错峰使用， 提高了电器的使用 效率， 又避免电力负荷高峰叠加对变压器或电能表可能造成的冲击或毁坏， 节省了巨额的 电力增容费。本发明适应面广， 扩展方便， 控制总功率 （功率配额） 可按需要设定， 适应各种 户型的要求。必保电器和可控电器的电力线都并联于功率分配器唯一的一路电力输出线 上， 用户可自由扩展控制路数。施工方便， 施工成本低廉， 功率分配器采用标准导轨安装在 住户配电箱内， 安装方便 ； 智能功率分配器的电力电缆采用单路输入、 单路输出接线， 接线 容易方便 ； 智能功率分配器与受控电力开关间采用无线通讯连接， 无需专门布线， 费用低、 施工方便。本发明高度智能化、 。
15、控制灵活， 功率分配器采用微电脑控制， 大部分的设定都由 微电脑智能完成， 很少用户设定。因此， 本发明与现有技术相比， 本发明不仅具有只需要一 路动力输入和一路动力输出线路， 即可自动调配以家庭为单位的用电功率的优点， 而且还 具有在不增容电力的情况下， 有效解决了用户因住宅电力容量不足， 不能正常使用可控电 器的问题。 附图说明 0013 图 1 是本发明的原理图 ； 图 2 是本发明装置使用时的连接结构示意图。 0014 注 ： 为更清晰表达， 在附图 2 中仅画出单相 AC220V 接入的情况， 将输入、 输出增加 为三相电后， 本发明适用于三相接入。 0015 附图中的标记为 ： 1。
16、-电力输入， 2-智能功率分配器， 3-电力输出， 4-一组必保电器 开关， 4.a.1 4.a.n 、 4.b.1 4.b.n - 必保电器， 5- 一组可控电器开关， 5.a.1 5.a.n 、 5.b.1 5.b.n - 可控电器， 6- 自动开关， 7- 电流传感器， 8- 电压传感器， 9- 微程序控制 器， 10- 控制信号输出接口， 11.1 11.n- 远程受控电力开关， 12.1 12.n- 温控器， 13- 总 控空气开关。 具体实施方式 0016 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 说 明 书 CN 102868216 A 4 3/6 页 5 0017 本发明的。
17、实施例 ： 本发明的一种智能功率分配方法的原理， 如图 1 所示， 该方法是 通过控制每个用电户不超过功率配额从而保证用户电表和整个小区或楼宇电力变压器的 安全 ； 将用户的各种电器按用电类型划分成必保电器和可控电器两大类 ； 通过安装在每户 的智能功率分配器实时监控该用户正在使用的必保电器的实际功率， 在确保必保电器用电 的前提下， 将功率配额剩余的功率分配给可控电器 ； 保证用户实时使用的总功率控制在功 率配额范围内 ； 其智能功率分配器仅设有一路电力输入和一路电力输出， 通过设在智能功 率分配器内电力输入和电力输出之间的自动开关， 确保每户的必保电器用电总功率不超过 该用户分配的功率配额。
18、 ； 所述智能功率分配器通过设在智能功率分配器内的电流传感器和 电压传感器与智能功率分配器内的微程序控制器控制可控电器中部分或全部电器的通断 ； 所述微程序控制器内储存有用户的功率配额和每个可控电器的功率以及各可控电器的优 先级别， 微程序控制器根据功率配额和必保电器实际所用功率计算出剩余功率， 然后根据 剩余功率和每个可控电器的功率以及各可控电器的优先级别， 微程序控制器再根据可控电 器用电的实际需求， 按优先级别计算输出一组控制信号， 控制信号通过智能功率分配器内 的控制信号输出接口远程控制可控电器中部分或全部电器的通断 ； 其可控电器是具有温度 控制功能的大功率电器， 微程序控制器通过可。
19、控电器接入电源时的电流变化判断可控电器 的工作状态， 并根据可控电器的工作状态确定剩余功率的分配流向。 0018 根据上述方法构建的本发明的一种智能功率分配装置为 ： 该装置包括与仅有的一 路电力输入 1 连接的智能功率分配器 2， 该智能功率分配器 2 包括由自动开关 6、 电流传感 器 7、 电压传感器 8、 微程序控制器 9 和控制信号输出接口 10 连接组成， 将自动开关 6 的一 端与一路电力输入 1 连接， 将自动开关 6 的另一端与一路电力输出 3 连接， 将电流传感器 7 串联在自动开关 6 与一路电力输入 1 之间， 或将电流传感器 7 串联在自动开关 6 与一路电 力输出 。
20、3 之间 ； 将电压传感器 8 的信号输入端与电力输入 1 连接， 电压传感器 8 和电流传感 器 7 的输出端与微程序控制器 9 连接， 微程序控制器 9 与控制信号输出接口 10 连接 ； 智能 功率分配器 2 通过自动开关 6 经仅有的一路电力输出 3 与一组必保电器开关 4 和一组可控 电器开关 5 连接， 在一组可控电器开关 5 的另一端连接有受控制信号输出接口 10 的输出信 号控制的远程受控电力开关 11.1 11.n ； 该远程受控电力开关 11.1 11.n 与智能功率 分配器 2 内的控制信号输出接口 10 可通过有线通讯或无线通讯进行连接。为了使用和维 修更加方便， 可将。
21、智能功率分配器 2 的一路电力输入 1 通过一个总控空气开关 13 接入市电 （如图 1 和图 2 所示） 。在图 2 中仅画出了采用单相 AC220V 接入的情况， 如果采用三相电时， 可参照图 2 的连接方式并按传统三相电的连接要求进行连接， 本发明也适用于三相接入。 0019 上述自动开关 6 可采用现有的受控功率开关或过电流保护开关 ； 一组必保电器开 关 4 和一组可控电器开关 5 可直接采用现有的空气开关或闸刀开关。 0020 上述远程受控电力开关 11.1 11.n 可采用现有的受控的继电器、 可控硅开关、 IGBT 开关成品。 0021 上述微程序控制器 9 和控制信号输出接口。
22、 10 可直接采用现有的 MCU 成品部件安 装。 0022 使用本发明的装置时， 只需将必保电器 4.a.1 4.a.n 、 4.b.1 4.b.n 按常规 分别连接在一组必保电器开关 4 上， 将可控电器 5.a.1 5.a.n 、 5.b.1 5.b.n 的一组 或多组分别连接到可控电器开关 5 上 （如图 1 和图 2 所示） 即成。 说 明 书 CN 102868216 A 5 4/6 页 6 0023 下面是对本发明具体实施时的几点说明 ： 1、 所述的必保电器是用电时不可间断的， 无规律随时使用电器， 如照明电器、 电饭煲、 电冰箱等厨房电器， 以及房间的电视、 电脑等电器。必保。
23、电器除了自身的开关之外， 只受智 能功率分配器内的自动开关控制。智能功率分配器不对必保电器进行功率分配， 必保电器 用电不受限制， 对于必保电器来说， 智能功率分配器相当于一个自动通断的保护开关， 只有 在短路或超负荷时才会切断电源。 0024 2、 所述的可控电气是指用电时可短时间断电的、 是通过温控器控制的可有规律间 隙给电的大功率电器， 如空调、 电地暖、 沐浴热水器、 和开水器等电器， 这些电器前面一般都 设有温控器 12.1 12.n， 温控器本身也能控制这些电器的通断， 温控器 12.1 12.n 也可 以采用现有的远程受控温控器， 当温度达到设定值时， 温控器切断电源处于保温状态。
24、， 当温 度低于设定值时温控器接通电源处于加热 （制冷空调为制冷） 状态。一般这些电器连续供 电并非必须的， 在其保温状态， 可以停止对其供电 （即使在其处于加热或制冷状态时， 短时 中断对其的供电， 由于使用环境的热惯性作用， 其控制的温度也不会有太大的变化） 。这些 电器还可以根据必要性进一步分成不同的优先等级， 如保证饮用水的开水器可以设定为最 高优先等级， 电地暖可以设定为最低优先等级。通过智能功率分配器根据剩余功率配额自 动控制。具体控制方法可以在可控电器的电源插座上设置远程受控电力开关 11.1 11.n 来进行控制， 也可以将受控电器温控器本身内部的电力开关 （例如温控器 12.。
25、1 12.n 采 用远程受控温控器） ， 作为远程受控电力开关 11.1 11.n 来进行控制， 远程受控电力开关 11.1 11.n 可以是受控的继电器、 可控硅、 IGBT 等 ； 通过可控电器接入电源时的电流变 化， 由智能功率分配器内微程序控制器 9 判断可控电器的工作状态， 并根据可控电器的工 作状态通过智能功率分配器内的控制信号输出接口 10 输出控制信号控制远程受控电力开 关 11.1 11.n， 确定剩余功率的分配流向。 0025 3、 该方法是根据小区电力变压器的容量为每户家庭分配功率配额 ； 将家庭中各种 家用电器按用电类型划分成必保电器和可控电器两大类， 必保电器的优先级。
26、别优先于可控 电器 ； 通过安装在每户家庭的智能功率分配器实时监控住宅的实际使用功率， 在确保必保 电器的情况下， 将功率配额剩余的功率分配给可控电器 ； 将住户实时使用的总功率控制在 功率配额范围内， 从而将小区内各住户实时使用的总功率控制在小区变压器能承受的安全 范围内。所述智能功率分配器仅设有一路电力输入和一路电力输出， 在一路电力输入和一 路电力输出之间设置自动开关， 自动开关根据必保电器用电总功率控制电力输出的通断， 当用户的用电总功率超过功率配额时， 首先通过远程控制， 断开与可控电器连接的远程受 控电力开关 11.1 11.n， 切断可控电器的供电， 在切断所有可控电器的供电后，。
27、 如果用户 的必保电器用电总功率仍然超过分配给该用户的功率配额， 智能功率分配器将通过其内置 的自动开关自动切断电源。所述用户的用电总功率， 是根据智能功率分配器内置的电流传 感器和电压传感器采集到的电流和电压值由微程序控制器计算得出。 所述微程序控制器内 储存有用户的功率配额和每个可控电器的功率以及各可控电器的优先级别， 微程序控制器 根据功率配额和必保电器实际所用功率计算出剩余功率， 然后根据剩余功率和每个可控电 器的功率以及各可控电器的优先级别， 微程序控制器再根据可控电器用电的实际需求， 按 优先级别计算输出一组控制信号， 控制信号通过智能功率分配器内的控制信号输出接口远 程控制可控电。
28、器中部分或全部电器的通断。 说 明 书 CN 102868216 A 6 5/6 页 7 0026 4、 所述可控电器采用间断供电方式， 智能功率分配器内的微程序控制器通过可控 电器接入或断开时的电流变化， 判断可控电器的工作状态 ； 当可控电器接入或断开时， 电流 未发生变化， 说明可控电器工作在保温状态 ； 当可控电器接入或断开时， 电流发生突变， 说 明可控电器工作在加热供暖 （制冷空调为制冷） 状态。 0027 本发明的一个具体实施过程说明如下 ： 假如有一台 100KVA 的电力变压器为 140 户住宅供电， 以每个住户为一个单元， 每户的 功率配额为 7KVA。在每户安装一个智能功。
29、率分配器， 每户的接线原理如图 1 所示。下面以 三室两厅两卫一厨的住宅为例， 将家里的各种家用电器按用途划分为必保电器和可控电器 两大类。必保电器的优先级别高于可控电器。 0028 必保电器包括必须的照明用电、 厨房灶具和冰箱用电、 以及电视、 电脑、 洗衣机、 和 电风扇用电。 生活必须的照明用电功率约为1KW， 厨房灶具和冰箱用电功率约为3KW ； 电视、 电脑、 洗衣机和电风扇用电总功率约为 1KW， 合计为 5KW。 0029 可控电器包括各房间的电地暖用电以及卫生间的热水器等。 各可控电器以四个房 间安装电地暖为例， 每个房间的电地暖功率平均为 2KW 计算， 卫生间热水器用电约为。
30、 2KW。 合计为 10KW。 0030 住宅的总电器功率合计约为 15KW， 考虑到并非同时使用， 按利用率 50% 计算也有 7.5KW， 也超出了每户的功率配额为 7KA， 因此需要合理对功率进行分配使用。 0031 根据本发明的方法， 将上述各电器按用途划分成必保电器和可控电器， 必保电器 优先于可控电器。优先保证必保电器用电， 在配额允许的情况下， 尽可能多地开启电采暖 （电采暖通过远程受控温控器接入系统） 。将卫生间中的电热水器归入可控电器， 通过无线 插座控制电热水器的接入或断开。电热水器用电的优先级别高于其它可控电器。 0032 功率分配器控制过程为 ： A、 必保电器功率一般。
31、不会超过功率配额， 所以必保电器可长期接入 ； 当必保电器功率 偶然超过功率配额时， 通过智能功率分配器内置的自动开关， 断开必保电器。对于必保电 器， 功率分配器相当于一个自动通断的保护开关。 0033 B、 对于可控电器， 利用必保电器的实际用电功率小于功率配额的剩余功率， 根据 可控电器实际使用的多少得到的优先级别， 控制部分或全部可控电器的温控器继电器 （或 控制电热水器的无线插座） 的通断。 0034 可控电器的接入 ： 通过功率分配器和远程受控温控器或无线插座 （远程受控温控器或无线插座以下简称 温控器） 之间的无线通讯， 控制温控器的继电器吸合。 0035 A、 优先保证必保电器。
32、用电后， 在功率配额余量只能保证部分温控器工作的情况 下， 优先开启优先系数高的部分温控器， 每 20 分钟切换一次， 根据各个温控器的优先级别， 按 20 分钟的时间段， 分配给各个温控器相应比例的时间段。 0036 B、 将各个温控器的优先级别排序， 选出满足上述接入条件的多个温控器， 对优先 级别相同的温控器， 再根据其控制的功率大小以及功率余量， 按接入尽量多温控器， 使总用 电功率小于且最接近总功率配额的原则， 接入相应的温控器。 0037 可控电器的断开 ： 通过智能功率分配器和温控器之间的无线通讯控制温控器的继电器断开。 说 明 书 CN 102868216 A 7 6/6 页 。
33、8 0038 A、 分配给某台 20 分钟时间段后， 如果分配器检测到有相应的电流增加， 说明该温 控器工作在加热供暖状态， 这时智能功率分配器将控制其接入 20 分钟， 当分配给该温控器 的 20 分钟时间段结束， 如果下一次不再分配功率给该温控器， 该温控器断开 ； B、 分配给某台 20 分钟时间段后， 如果智能功率分配器检测到没有相应的电流增加， 说 明该温控器工作在保温状态， 这时智能功率分配器将控制其接入 5 分钟， 如果 5 分钟内， 智 能功率分配器没有检测到电流的增加， 说明该温控器仍然工作在保温状态， 分配器将断开 该温控器 ； C、 有必保电器接入， 所有用电总功率操过功率配额时， 对于已经接入的温控器， 按照温 控器控制功率的大小以及超出功率配额部分的功率大小， 断开尽量少的温控器， 使总用电 功率小于且最接近总功率配额的原则， 断开相应的温控器。 说 明 书 CN 102868216 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 102868216 A 9 2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 102868216 A 10 。