هنگامی که جریان سه فاز به سیمپیچهای متقارن سه فاز استاتور یک موتور سنکرون آهنربای دائمی وارد میشود، نیروی مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان ترکیب میشود و یک نیروی حرکتی مغناطیسی چرخشی با دامنه ثابت تشکیل میدهد. از آنجایی که دامنه آن ثابت می ماند، مسیر این نیروی حرکتی مغناطیسی دوار دایره ای را تشکیل می دهد که به آن نیروی حرکتی مغناطیسی چرخشی دایره ای می گویند. قدر آن دقیقاً 1.5 برابر حداکثر دامنه نیروی مغناطیسی تک فاز-است.
که در آن، F نیروی مغناطیسی چرخشی دایره ای (T·m) است. Fφl حداکثر دامنه نیروی مغناطیسی تک فاز- (T·m) است. k ضریب سیم پیچ اصلی است. p تعداد جفت قطب های موتور است. N تعداد دورهای سری در هر سیم پیچ است. و I مقدار مؤثر جریانی است که از سیم پیچ می گذرد. از آنجایی که سرعت چرخش موتور سنکرون آهنربای دائم همیشه سرعت سنکرون است، میدان مغناطیسی اصلی روتور و میدان مغناطیسی چرخشی تولید شده توسط نیروی محرکه مغناطیسی چرخشی دایره ای استاتور نسبتاً ثابت می مانند. دو میدان مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند تا یک میدان مغناطیسی ترکیبی را در شکاف هوا بین استاتور و روتور تشکیل دهند. این میدان مغناطیسی مرکب با میدان مغناطیسی اصلی روتور برهمکنش میکند و گشتاور الکترومغناطیسی Te را ایجاد میکند که چرخش موتور را به حرکت در میآورد یا مانع میشود.
جایی که Te گشتاور الکترومغناطیسی (N·m) است. BR میدان مغناطیسی اصلی روتور (T) است. و Bnet میدان مغناطیسی ترکیبی در شکاف هوا (T) است. با توجه به روابط موقعیتی متفاوت بین میدان مغناطیسی مرکب در شکاف هوا و میدان مغناطیسی اصلی روتور، موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM) میتواند در هر دو حالت موتور و ژنراتور کار کند. سه حالت عملیاتی PMSM در شکل 3 نشان داده شده است. هنگامی که میدان مغناطیسی مرکب در شکاف هوا از میدان مغناطیسی اصلی روتور عقب می ماند، گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده مخالف جهت چرخش روتور است. در این حالت موتور در حال تولید برق است. برعکس، وقتی میدان مغناطیسی مرکب در شکاف هوا، میدان مغناطیسی اصلی روتور را هدایت می کند، گشتاور الکترومغناطیسی تولید شده در همان جهت چرخش روتور است. در این حالت موتور به عنوان یک ژنراتور عمل می کند. زاویه بین میدان مغناطیسی اصلی روتور و میدان مغناطیسی مرکب در شکاف هوا، زاویه توان نامیده می شود.
PMSM از دو جزء کلیدی تشکیل شده است: یک روتور آهنربای دائمی چند قطبی-و یک استاتور با سیم پیچ های طراحی شده مناسب. در حین کار، روتور آهنربای دائم چندقطبی دوار یک شار مغناطیسی زمانی{2}متغیر در شکاف هوا بین روتور و استاتور ایجاد میکند. این شار یک ولتاژ متناوب در پایانه های سیم پیچ استاتور ایجاد می کند، بنابراین پایه ای برای تولید برق تشکیل می دهد. موتور سنکرون آهنربای دائمی که در اینجا مورد بحث قرار میگیرد، از آهنربای دائمی حلقهای-شکل نصب شده بر روی یک هسته فرومغناطیسی استفاده میکند. موتورهای سنکرون آهنربای دائم داخلی در اینجا در نظر گرفته نمی شوند. از آنجایی که قرار دادن آهنربا در یک هسته فرومغناطیسی آبکاری شده بسیار دشوار است، با استفاده از آهنرباهایی با ضخامت مناسب (500 میکرومتر) و مواد مغناطیسی با کارایی بالا در هسته های روتور و استاتور، می توان شکاف هوا را بسیار بزرگ (300 تا 500 میکرومتر) بدون از دست دادن عملکرد قابل توجه ایجاد کرد. این به سیمپیچهای استاتور اجازه میدهد تا فضای مشخصی را در شکاف هوا اشغال کنند، بنابراین ساخت موتورهای سنکرون آهنربای دائمی را بسیار سادهتر میکند.