Lorsqu'un courant triphasé-circule dans les enroulements symétriques triphasés-du stator d'un moteur synchrone à aimant permanent, la force magnétomotrice générée par le courant se combine pour former une force magnétomotrice rotative d'amplitude constante. Parce que son amplitude reste constante, la trajectoire de cette force magnétomotrice tournante forme un cercle, appelée force magnétomotrice tournante circulaire. Son amplitude est exactement 1,5 fois l'amplitude maximale de la force magnétomotrice monophasée-.
Où F est la force magnétomotrice de rotation circulaire (T·m) ; Fφl est l'amplitude maximale de la force magnétomotrice monophasée (T·m) ; k est le coefficient fondamental d'enroulement ; p est le nombre de paires de pôles du moteur ; N est le nombre de tours en série dans chaque bobine ; et I est la valeur efficace du courant circulant dans la bobine. Étant donné que la vitesse de rotation du moteur synchrone à aimant permanent est toujours la vitesse synchrone, le champ magnétique principal du rotor et le champ magnétique tournant généré par la force magnétomotrice rotative circulaire du stator restent relativement stationnaires. Deux champs magnétiques interagissent pour former un champ magnétique composite dans l'entrefer entre le stator et le rotor. Ce champ magnétique composite interagit avec le champ magnétique principal du rotor, générant un couple électromagnétique Te qui entraîne ou empêche la rotation du moteur.
Où Te est le couple électromagnétique (N·m) ; BR est le champ magnétique principal (T) du rotor ; et Bnet est le champ magnétique composite dans l'entrefer (T). En raison des différentes relations de position entre le champ magnétique composite dans l'entrefer et le champ magnétique principal du rotor, le moteur synchrone à aimant permanent (PMSM) peut fonctionner à la fois en mode moteur et en mode générateur. Les trois états de fonctionnement du PMSM sont illustrés à la figure 3. Lorsque le champ magnétique composite dans l'entrefer est en retard par rapport au champ magnétique principal du rotor, le couple électromagnétique généré est opposé au sens de rotation du rotor ; dans cet état, le moteur produit de l’électricité. À l’inverse, lorsque le champ magnétique composite dans l’entrefer est en avance sur le champ magnétique principal du rotor, le couple électromagnétique généré va dans le même sens que la rotation du rotor ; dans cet état, le moteur fonctionne comme un générateur. L'angle entre le champ magnétique principal du rotor et le champ magnétique composite dans l'entrefer est appelé angle de puissance.
Le PMSM se compose de deux composants clés : un rotor à aimant permanent multi-polarisé et un stator avec des enroulements conçus de manière appropriée. Pendant le fonctionnement, le rotor à aimant permanent multipolaire rotatif génère un flux magnétique variable dans le temps-dans l'entrefer entre le rotor et le stator. Ce flux génère une tension alternative aux bornes de l’enroulement du stator, constituant ainsi la base de la production d’électricité. Le moteur synchrone à aimant permanent discuté ici utilise un aimant permanent en forme d'anneau-monté sur un noyau ferromagnétique. Les moteurs synchrones à aimant permanent interne ne sont pas pris en compte ici. Étant donné que l'intégration d'un aimant dans un noyau ferromagnétique galvanisé est très difficile, en utilisant des aimants d'épaisseur appropriée (500 μm) et des matériaux magnétiques à haute performance -dans les noyaux du rotor et du stator, l'entrefer peut être rendu très grand (300 ~ 500 μm) sans perte de performances significative. Cela permet aux enroulements du stator d'occuper un certain espace dans l'entrefer, simplifiant ainsi grandement la fabrication de moteurs synchrones à aimants permanents.