Коли три{0}}фазний струм протікає в три-фазні симетричні обмотки статора синхронного двигуна з постійними магнітами, магніторушійна сила, створена струмом, поєднується, утворюючи обертову магніторушійну силу зі сталою амплітудою. Оскільки її амплітуда залишається постійною, траєкторія цієї обертової магніторушійної сили утворює коло, яке називається круговою обертовою магніторушійною силою. Його величина рівно в 1,5 рази перевищує максимальну амплітуду магніторушійної сили однієї-фази.
Де, F - кругова обертова магніторушійна сила (Т·м); Fφl – максимальна амплітуда однофазної -магніторушійної сили (Т·м); k - коефіцієнт основної обмотки; p - кількість пар полюсів двигуна; N - кількість витків послідовно в кожній котушці; I - ефективне значення струму, що протікає через котушку. Оскільки швидкість обертання синхронного двигуна з постійним магнітом завжди дорівнює синхронній швидкості, основне магнітне поле ротора та обертове магнітне поле, створене коловою обертовою магніторушійною силою статора, залишаються відносно нерухомими. Два магнітних поля взаємодіють, утворюючи складне магнітне поле в повітряному зазорі між статором і ротором. Це композитне магнітне поле взаємодіє з основним магнітним полем ротора, створюючи електромагнітний крутний момент Te, який або приводить в дію, або перешкоджає обертанню двигуна.
Де Te - електромагнітний крутний момент (Н·м); BR – головне магнітне поле (Т) ротора; і Bnet є складним магнітним полем у повітряному проміжку (T). Завдяки різним позиційним співвідношенням між композитним магнітним полем у повітряному зазорі та основним магнітним полем ротора, синхронний двигун з постійними магнітами (PMSM) може працювати як у режимі двигуна, так і в режимі генератора. Три робочі стани PMSM показано на малюнку 3. Коли композитне магнітне поле в повітряному зазорі відстає від основного магнітного поля ротора, генерований електромагнітний крутний момент протилежний напрямку обертання ротора; у цьому стані двигун виробляє електроенергію. І навпаки, коли композитне магнітне поле в повітряному зазорі направляє основне магнітне поле ротора, генерований електромагнітний крутний момент має той самий напрямок, що й обертання ротора; в цьому стані двигун працює як генератор. Кут між основним магнітним полем ротора та складним магнітним полем у повітряному зазорі називається кутом потужності.
PMSM складається з двох ключових компонентів: мульти{0}}поляризованого ротора з постійним магнітом і статора з обмотками відповідної конструкції. Під час роботи обертовий багатополярний ротор із постійним магнітом створює-магнітний потік, який змінюється в часі, у повітряному зазорі між ротором і статором. Цей потік генерує змінну напругу на клемах обмотки статора, формуючи таким чином основу для виробництва електроенергії. У описаному тут синхронному двигуні з постійним магнітом використовується кільцевий постійний магніт, встановлений на феромагнітному сердечнику. Синхронні двигуни з внутрішніми постійними магнітами тут не розглядаються. Оскільки вставити магніт у гальванічний феромагнітний сердечник дуже важко, використовуючи магніти відповідної товщини (500 мкм) і високоефективні магнітні матеріали в сердечниках ротора та статора, повітряний зазор можна зробити дуже великим (300~500 мкм) без значної втрати продуктивності. Це дозволяє обмоткам статора займати певний простір у повітряному зазорі, що значно спрощує виготовлення синхронних двигунів з постійними магнітами.