Quando la corrente trifase scorre negli avvolgimenti trifase simmetrici dello statore di un motore sincrono a magnete permanente, la forza magnetomotrice generata dalla corrente si combina per formare una forza magnetomotrice rotante con un'ampiezza costante. Poiché la sua ampiezza rimane costante, la traiettoria di questa forza magnetomotrice rotante forma un cerchio, chiamato forza magnetomotrice rotante circolare. La sua grandezza è esattamente 1,5 volte l'ampiezza massima della forza magnetomotrice monofase-.
Dove F è la forza magnetomotrice rotante circolare (T·m); Fφl è l'ampiezza massima della forza magnetomotrice monofase (T·m); k è il coefficiente fondamentale dell'avvolgimento; p è il numero di coppie polari del motore; N è il numero di spire in serie in ciascuna bobina; e I è il valore effettivo della corrente che scorre attraverso la bobina. Poiché la velocità di rotazione del motore sincrono a magnete permanente è sempre la velocità sincrona, il campo magnetico principale del rotore e il campo magnetico rotante generato dalla forza magnetomotrice rotante circolare dello statore rimangono relativamente stazionari. Due campi magnetici interagiscono per formare un campo magnetico composito nel traferro tra lo statore e il rotore. Questo campo magnetico composito interagisce con il campo magnetico principale del rotore, generando una coppia elettromagnetica Te che guida o impedisce la rotazione del motore.
Dove Te è la coppia elettromagnetica (N·m); BR è il campo magnetico principale del rotore (T); e Bnet è il campo magnetico composito nel traferro (T). A causa delle diverse relazioni di posizione tra il campo magnetico composito nel traferro e il campo magnetico principale del rotore, il motore sincrono a magnete permanente (PMSM) può funzionare sia in modalità motore che generatore. I tre stati operativi del PMSM sono mostrati nella Figura 3. Quando il campo magnetico composito nel traferro resta indietro rispetto al campo magnetico principale del rotore, la coppia elettromagnetica generata è opposta alla direzione di rotazione del rotore; in questo stato il motore genera elettricità. Al contrario, quando il campo magnetico composito nel traferro precede il campo magnetico principale del rotore, la coppia elettromagnetica generata è nella stessa direzione della rotazione del rotore; in questo stato il motore funziona come generatore. L'angolo tra il campo magnetico principale del rotore e il campo magnetico composito nel traferro è chiamato angolo di potenza.
Il PMSM è costituito da due componenti chiave: un rotore a magnete permanente multi-polarizzato e uno statore con avvolgimenti opportunamente progettati. Durante il funzionamento, il rotore rotante multipolare a magneti permanenti genera un flusso magnetico variabile nel tempo nel traferro tra il rotore e lo statore. Questo flusso genera una tensione alternata ai terminali dell'avvolgimento dello statore, costituendo così la base per la generazione di energia. Il motore sincrono a magnete permanente discusso qui utilizza un magnete permanente a forma di anello- montato su un nucleo ferromagnetico. I motori sincroni a magneti permanenti interni non sono considerati qui. Poiché incorporare un magnete in un nucleo ferromagnetico elettrolitico è molto difficile, utilizzando magneti di spessore appropriato (500 μm) e materiali magnetici ad alte-prestazioni nei nuclei del rotore e dello statore, il traferro può essere reso molto ampio (300~500 μm) senza una significativa perdita di prestazioni. Ciò consente agli avvolgimenti dello statore di occupare un certo spazio nel traferro, semplificando così notevolmente la produzione di motori sincroni a magneti permanenti.