1引言
当今，全世界每年有数以万计的心血管病患者为了有助于体内血液循环系统的正常运转，需要在其人体皮肤下植入心脏起博器，以及植入对病人自然心脏起辅助作用的心室辅助设备。
心脏起博器是一种要求能够不损伤人体皮肤而又能透过人体皮肤层传送得到能量（充电）的脉冲发生器件。所以，研究人员设计了利用磁感应方法来达到目的的器件，即设计了一种变压器（见图1）以透过人体皮肤层给起博器的电池充电。这种变压器的次级绕组作为心脏起博器的一部分植入人体皮肤之下，初级绕组则置于人体皮肤之外并在次级绕组的上方。初、次级绕组之间的距离约等于人体皮肤层的厚度，通常为0.5~1.5cm。可见，在电源工作过程中，铁心之间的距离是可调的。心脏起博器的电池充电采取这种磁感应方式，是因为人们在以高达1W的功率电平对动物细胞进行辐射实验时发现，它们在长期间暴露在透过皮肤层的电源所产生的磁场中时，未发现其活细胞对磁场有明显的副作用。这项实验证明了这样一种假设：生物细胞的相对磁导率接近于零，而且该功率变压器存在的涡流损耗可以忽略不计。
2对大气隙平面变压器的分析与设计
2.1透过皮肤层充电电源的模型
图2所示为拟采用的透过皮肤层充电电源的电路，图中的R1和R2表示其寄生损耗。如果将透过皮肤层电源的变压器以等效的T模型代替，则得到图3(a)所示的电路，图中的输入电路、输出桥和直流负载由正弦波发生器和阻抗Z代替。自感L1和L2，漏感LL1和LL2，互感M以及耦合系数K之间的关系为：
(1)
如果次级回路开路，则其电路如图3(b)所示。若测量R1、L1、激磁电流I0、铁心损耗W1以及合成阻抗R1的实部，则激磁导纳go和激磁电纳bo表示如下：
式中，ω为角频率。
2.2能穿透皮肤层的功率变压器的模型
变压器初级绕组与次级绕组间的气隙为0.5~1.5cm，其磁力线和磁阻由图1所示的等效电路给出。图1(b)的电路可简化为如图1(c)所示，而铁心的磁阻RC可忽略不计。图1(d)也是用1(c)所示变压器的一种简化模型，其所得方程式如下：
耦合系数K由下式求得：
(10)
假设磁心气隙的磁阻与磁力线的长度成正比，这样可得到如下关系式：
(11)
式中，g为气隙间距，L为初级和次级绕组的半径。
2.3能穿透皮肤层的功率变压器的设计
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