Kiedy prąd trój-fazowy wpływa do trój-fazowych symetrycznych uzwojeń stojana silnika synchronicznego z magnesami trwałymi, siła magnetomotoryczna generowana przez prąd łączy się, tworząc wirującą siłę magnetomotoryczną o stałej amplitudzie. Ponieważ jej amplituda pozostaje stała, trajektoria tej wirującej siły magnetomotorycznej tworzy okrąg, zwany kołową wirującą siłą magnetomotoryczną. Jej wielkość jest dokładnie 1,5 razy większa od maksymalnej amplitudy jednofazowej siły magnetomotorycznej.
Gdzie, F jest kołową wirującą siłą magnetomotoryczną (T·m); Fφl to maksymalna amplituda jedno-fazowej siły magnetomotorycznej (T·m); k jest podstawowym współczynnikiem uzwojenia; p jest liczbą par biegunów silnika; N to liczba zwojów połączonych szeregowo w każdej cewce; i I jest wartością skuteczną prądu przepływającego przez cewkę. Ponieważ prędkość obrotowa silnika synchronicznego z magnesami trwałymi jest zawsze prędkością synchroniczną, główne pole magnetyczne wirnika i wirujące pole magnetyczne generowane przez kołową siłę magnetomotoryczną stojana pozostają względnie stacjonarne. Dwa pola magnetyczne oddziałują ze sobą, tworząc złożone pole magnetyczne w szczelinie powietrznej pomiędzy stojanem a wirnikiem. To złożone pole magnetyczne oddziałuje z głównym polem magnetycznym wirnika, generując elektromagnetyczny moment obrotowy Te, który napędza lub utrudnia obrót silnika.
Gdzie Te jest momentem elektromagnetycznym (N·m); BR to główne pole magnetyczne wirnika (T); oraz Bnet jest złożonym polem magnetycznym w szczelinie powietrznej (T). Ze względu na różne zależności pozycyjne pomiędzy złożonym polem magnetycznym w szczelinie powietrznej a głównym polem magnetycznym wirnika, silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM) może pracować zarówno w trybie silnika, jak i generatora. Trzy stany pracy PMSM pokazano na rysunku 3. Kiedy złożone pole magnetyczne w szczelinie powietrznej jest opóźnione w stosunku do głównego pola magnetycznego wirnika, generowany moment elektromagnetyczny jest przeciwny do kierunku obrotu wirnika; w tym stanie silnik wytwarza energię elektryczną. I odwrotnie, gdy złożone pole magnetyczne w szczelinie powietrznej prowadzi do głównego pola magnetycznego wirnika, wygenerowany moment elektromagnetyczny jest w tym samym kierunku, co obrót wirnika; w tym stanie silnik pracuje jako generator. Kąt pomiędzy głównym polem magnetycznym wirnika a złożonym polem magnetycznym w szczelinie powietrznej nazywany jest kątem mocy.
PMSM składa się z dwóch kluczowych elementów: wielo-spolaryzowanego wirnika z magnesami trwałymi i stojana z odpowiednio zaprojektowanymi uzwojeniami. Podczas pracy obracający się wielobiegunowy wirnik z magnesami trwałymi generuje-zmienny w czasie strumień magnetyczny w szczelinie powietrznej pomiędzy wirnikiem a stojanem. Strumień ten generuje napięcie przemienne na zaciskach uzwojenia stojana, tworząc w ten sposób podstawę do wytwarzania energii. Omawiany tutaj silnik synchroniczny z magnesem trwałym wykorzystuje magnes stały w kształcie pierścienia-, zamontowany na rdzeniu ferromagnetycznym. Wewnętrzne silniki synchroniczne z magnesami trwałymi nie są tu brane pod uwagę. Ponieważ osadzenie magnesu w galwanizowanym rdzeniu ferromagnetycznym jest bardzo trudne, stosując magnesy o odpowiedniej grubości (500 μm) i-materiały magnetyczne o wysokiej wydajności w rdzeniach wirnika i stojana, szczelinę powietrzną można uzyskać bardzo dużą (300–500 μm) bez znaczącej utraty wydajności. Dzięki temu uzwojenia stojana zajmują określoną przestrzeń w szczelinie powietrznej, co znacznie upraszcza produkcję silników synchronicznych z magnesami trwałymi.