Wenn drei-Phasenstrom in die drei-phasensymmetrischen Wicklungen des Stators eines Permanentmagnet-Synchronmotors fließt, kombiniert sich die durch den Strom erzeugte magnetomotorische Kraft zu einer rotierenden magnetomotorischen Kraft mit konstanter Amplitude. Da ihre Amplitude konstant bleibt, bildet die Flugbahn dieser rotierenden magnetomotorischen Kraft einen Kreis, der als kreisförmige rotierende magnetomotorische Kraft bezeichnet wird. Seine Größe beträgt genau das 1,5-fache der maximalen Amplitude der einphasigen magnetomotorischen Kraft.
Wobei F die kreisförmig rotierende magnetomotorische Kraft (T·m) ist; Fφl ist die maximale Amplitude der einphasigen magnetomotorischen Kraft (T·m); k ist der grundlegende Windungskoeffizient; p ist die Polpaarzahl des Motors; N ist die Anzahl der in Reihe geschalteten Windungen in jeder Spule; und I ist der Effektivwert des durch die Spule fließenden Stroms. Da die Drehzahl des Permanentmagnet-Synchronmotors immer die Synchrondrehzahl ist, bleiben das Hauptmagnetfeld des Rotors und das rotierende Magnetfeld, das durch die kreisförmige rotierende magnetomotorische Kraft des Stators erzeugt wird, relativ stationär. Zwei Magnetfelder interagieren und bilden im Luftspalt zwischen Stator und Rotor ein zusammengesetztes Magnetfeld. Dieses zusammengesetzte Magnetfeld interagiert mit dem Hauptmagnetfeld des Rotors und erzeugt ein elektromagnetisches Drehmoment Te, das die Drehung des Motors entweder antreibt oder behindert.
Wobei Te das elektromagnetische Drehmoment (N·m) ist; BR ist das Hauptmagnetfeld (T) des Rotors; und Bnet ist das zusammengesetzte Magnetfeld im Luftspalt (T). Aufgrund der unterschiedlichen Lagebeziehungen zwischen dem zusammengesetzten Magnetfeld im Luftspalt und dem Hauptmagnetfeld des Rotors kann der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sowohl im Motor- als auch im Generatormodus betrieben werden. Die drei Betriebszustände des PMSM sind in Abbildung 3 dargestellt. Wenn das zusammengesetzte Magnetfeld im Luftspalt hinter dem Hauptmagnetfeld des Rotors zurückbleibt, ist das erzeugte elektromagnetische Drehmoment der Drehrichtung des Rotors entgegengesetzt; In diesem Zustand erzeugt der Motor Strom. Wenn umgekehrt das zusammengesetzte Magnetfeld im Luftspalt dem Hauptmagnetfeld des Rotors vorauseilt, weist das erzeugte elektromagnetische Drehmoment die gleiche Richtung wie die Drehung des Rotors auf; In diesem Zustand arbeitet der Motor als Generator. Der Winkel zwischen dem Hauptmagnetfeld des Rotors und dem zusammengesetzten Magnetfeld im Luftspalt wird Leistungswinkel genannt.
Das PMSM besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem mehrfach polarisierten Permanentmagnetrotor und einem Stator mit entsprechend ausgelegten Wicklungen. Während des Betriebs erzeugt der rotierende multipolare Permanentmagnetrotor einen zeitlich veränderlichen Magnetfluss im Luftspalt zwischen Rotor und Stator. Dieser Fluss erzeugt an den Statorwicklungsanschlüssen eine Wechselspannung und bildet damit die Grundlage für die Stromerzeugung. Der hier besprochene Permanentmagnet-Synchronmotor verwendet einen ringförmigen Permanentmagneten, der auf einem ferromagnetischen Kern montiert ist. Interne Permanentmagnet-Synchronmotoren werden hier nicht berücksichtigt. Da das Einbetten eines Magneten in einen galvanisierten ferromagnetischen Kern sehr schwierig ist, kann der Luftspalt durch die Verwendung von Magneten mit geeigneter Dicke (500 μm) und leistungsstarken magnetischen Materialien in den Rotor- und Statorkernen ohne nennenswerten Leistungsverlust sehr groß gemacht werden (300–500 μm). Dadurch können die Statorwicklungen einen bestimmten Platz im Luftspalt einnehmen, was die Herstellung von Permanentmagnet-Synchronmotoren erheblich vereinfacht.