Quando a corrente tri-fásica flui para os enrolamentos simétricos-trifásicos do estator de um motor síncrono de ímã permanente, a força magnetomotriz gerada pela corrente se combina para formar uma força magnetomotriz rotativa com amplitude constante. Como sua amplitude permanece constante, a trajetória dessa força magnetomotriz rotativa forma um círculo, denominado força magnetomotriz rotativa circular. Sua magnitude é exatamente 1,5 vezes a amplitude máxima da força magnetomotriz monofásica-.
Onde, F é a força magnetomotriz rotativa circular (T·m); Fφl é a amplitude máxima da força magnetomotriz-monofásica (T·m); k é o coeficiente de enrolamento fundamental; p é o número de pares de pólos do motor; N é o número de voltas em série em cada bobina; e I é o valor efetivo da corrente que flui através da bobina. Como a velocidade de rotação do motor síncrono de ímã permanente é sempre a velocidade síncrona, o campo magnético principal do rotor e o campo magnético rotativo gerado pela força magnetomotriz rotativa circular do estator permanecem relativamente estacionários. Dois campos magnéticos interagem para formar um campo magnético composto no entreferro entre o estator e o rotor. Este campo magnético composto interage com o campo magnético principal do rotor, gerando um torque eletromagnético Te que aciona ou impede a rotação do motor.
Onde Te é o torque eletromagnético (N·m); BR é o campo magnético principal do rotor (T); e Bnet é o campo magnético composto no entreferro (T). Devido às diferentes relações posicionais entre o campo magnético composto no entreferro e o campo magnético principal do rotor, o motor síncrono de ímã permanente (PMSM) pode operar nos modos motor e gerador. Os três estados operacionais do PMSM são mostrados na Figura 3. Quando o campo magnético composto no entreferro fica atrás do campo magnético principal do rotor, o torque eletromagnético gerado é oposto ao sentido de rotação do rotor; neste estado, o motor está gerando eletricidade. Por outro lado, quando o campo magnético composto no entreferro conduz o campo magnético principal do rotor, o torque eletromagnético gerado está na mesma direção da rotação do rotor; neste estado, o motor funciona como gerador. O ângulo entre o campo magnético principal do rotor e o campo magnético composto no entreferro é chamado de ângulo de potência.
O PMSM consiste em dois componentes principais: um rotor magnético permanente multi-polarizado e um estator com enrolamentos projetados adequadamente. Durante a operação, o rotor giratório de ímã permanente multipolar gera um fluxo magnético-variante no tempo no entreferro entre o rotor e o estator. Este fluxo gera uma tensão alternada nos terminais do enrolamento do estator, formando assim a base para a geração de energia. O motor síncrono de ímã permanente discutido aqui usa um ímã permanente em forma de anel montado em um núcleo ferromagnético. Motores síncronos de ímã permanente interno não são considerados aqui. Como a incorporação de um ímã em um núcleo ferromagnético galvanizado é muito difícil, usando ímãs de espessura apropriada (500 μm) e materiais magnéticos de alto-desempenho nos núcleos do rotor e do estator, o entreferro pode ser muito grande (300~500 μm) sem perda significativa de desempenho. Isso permite que os enrolamentos do estator ocupem um certo espaço no entreferro, simplificando bastante a fabricação de motores síncronos de ímã permanente.