Când curentul trifazat curge în înfășurările simetrice trifazate ale statorului unui motor sincron cu magnet permanent, forța magnetomotoare generată de curent se combină pentru a forma o forță magnetomotoare rotativă cu o amplitudine constantă. Deoarece amplitudinea sa rămâne constantă, traiectoria acestei forțe magnetomotoare rotative formează un cerc, numit forță magnetomotoare rotativă circulară. Mărimea sa este exact de 1,5 ori amplitudinea maximă a forței magnetomotoare monofazate.
Unde, F este forța magnetomotoare rotativă circulară (T·m); Fφl este amplitudinea maximă a forței magnetomotoare monofazate (T·m); k este coeficientul fundamental de înfășurare; p este numărul de perechi de poli ale motorului; N este numărul de spire în serie din fiecare bobină; iar I este valoarea efectivă a curentului care circulă prin bobină. Deoarece viteza de rotație a motorului sincron cu magnet permanent este întotdeauna viteza sincronă, câmpul magnetic principal al rotorului și câmpul magnetic rotativ generate de forța magnetomotoare rotativă circulară a statorului rămân relativ staționare. Două câmpuri magnetice interacționează pentru a forma un câmp magnetic compozit în spațiul de aer dintre stator și rotor. Acest câmp magnetic compozit interacționează cu câmpul magnetic principal al rotorului, generând un cuplu electromagnetic Te care fie antrenează, fie împiedică rotația motorului.
Unde Te este cuplul electromagnetic (N·m); BR este câmpul magnetic principal al rotorului (T); iar Bnet este câmpul magnetic compozit din spațiul de aer (T). Datorită relațiilor de poziție diferite dintre câmpul magnetic compozit din spațiul de aer și câmpul magnetic principal al rotorului, motorul sincron cu magnet permanent (PMSM) poate funcționa atât în modul motor, cât și în modul generator. Cele trei stări de funcționare ale PMSM sunt prezentate în Figura 3. Când câmpul magnetic compozit din spațiul de aer rămâne în urmă față de câmpul magnetic principal al rotorului, cuplul electromagnetic generat este opus direcției de rotație a rotorului; în această stare, motorul generează energie electrică. În schimb, atunci când câmpul magnetic compozit din spațiul de aer conduce câmpul magnetic principal al rotorului, cuplul electromagnetic generat este în aceeași direcție cu rotația rotorului; în această stare, motorul funcționează ca generator. Unghiul dintre câmpul magnetic principal al rotorului și câmpul magnetic compozit din spațiul de aer se numește unghi de putere.
PMSM constă din două componente cheie: un rotor cu magnet permanent multi-polarizat și un stator cu înfășurări proiectate corespunzător. În timpul funcționării, rotorul cu magnet permanent multipolar rotativ generează un flux magnetic-variabil în timp în spațiul de aer dintre rotor și stator. Acest flux generează o tensiune alternativă la bornele înfășurării statorului, formând astfel baza pentru generarea de energie. Motorul sincron cu magnet permanent discutat aici folosește un magnet permanent în formă de inel-montat pe un miez feromagnetic. Motoarele interne sincrone cu magnet permanent nu sunt luate în considerare aici. Deoarece încorporarea unui magnet într-un miez feromagnetic galvanizat este foarte dificilă, utilizând magneți de grosime adecvată (500 μm) și materiale magnetice-de înaltă performanță în miezurile rotorului și statorului, spațiul de aer poate fi făcut foarte mare (300~500 μm) fără pierderi semnificative de performanță. Acest lucru permite înfășurărilor statorului să ocupe un anumit spațiu în spațiul de aer, simplificând astfel foarte mult fabricarea motoarelor sincrone cu magnet permanent.