Cuando una corriente trifásica-fluye hacia los devanados simétricos trifásicos- del estator de un motor síncrono de imán permanente, la fuerza magnetomotriz generada por la corriente se combina para formar una fuerza magnetomotriz giratoria con una amplitud constante. Debido a que su amplitud permanece constante, la trayectoria de esta fuerza magnetomotriz giratoria forma un círculo, llamado fuerza magnetomotriz giratoria circular. Su magnitud es exactamente 1,5 veces la amplitud máxima de la fuerza magnetomotriz monofásica-.
Donde, F es la fuerza magnetomotriz de rotación circular (T·m); Fφl es la amplitud máxima de la fuerza magnetomotriz monofásica-(T·m); k es el coeficiente de devanado fundamental; p es el número de pares de polos del motor; N es el número de vueltas en serie de cada bobina; y I es el valor efectivo de la corriente que fluye a través de la bobina. Dado que la velocidad de rotación del motor síncrono de imán permanente es siempre la velocidad síncrona, el campo magnético principal del rotor y el campo magnético giratorio generado por la fuerza magnetomotriz giratoria circular del estator permanecen relativamente estacionarios. Dos campos magnéticos interactúan para formar un campo magnético compuesto en el entrehierro entre el estator y el rotor. Este campo magnético compuesto interactúa con el campo magnético principal del rotor, generando un par electromagnético Te que impulsa o impide la rotación del motor.
Donde Te es el par electromagnético (N·m); BR es el campo magnético principal del rotor (T); y Bnet es el campo magnético compuesto en el entrehierro (T). Debido a las diferentes relaciones posicionales entre el campo magnético compuesto en el entrehierro y el campo magnético principal del rotor, el motor síncrono de imán permanente (PMSM) puede funcionar tanto en modo motor como generador. Los tres estados operativos del PMSM se muestran en la Figura 3. Cuando el campo magnético compuesto en el entrehierro va por detrás del campo magnético principal del rotor, el par electromagnético generado es opuesto a la dirección de rotación del rotor; En este estado, el motor está generando electricidad. Por el contrario, cuando el campo magnético compuesto en el entrehierro se adelanta al campo magnético principal del rotor, el par electromagnético generado está en la misma dirección que la rotación del rotor; En este estado, el motor funciona como generador. El ángulo entre el campo magnético principal del rotor y el campo magnético compuesto en el entrehierro se llama ángulo de potencia.
El PMSM consta de dos componentes clave: un rotor de imán permanente multi{0}}polarizado y un estator con devanados diseñados adecuadamente. Durante el funcionamiento, el rotor giratorio de imán permanente multipolar genera un flujo magnético variable en el tiempo-en el entrehierro entre el rotor y el estator. Este flujo genera un voltaje alterno en los terminales del devanado del estator, formando así la base para la generación de energía. El motor síncrono de imán permanente que se analiza aquí utiliza un imán permanente en forma de anillo-montado sobre un núcleo ferromagnético. Los motores síncronos de imanes permanentes internos no se consideran aquí. Debido a que es muy difícil incrustar un imán en un núcleo ferromagnético galvanizado, al usar imanes de espesor apropiado (500 μm) y materiales magnéticos de alto-rendimiento en los núcleos del rotor y del estator, el entrehierro puede hacerse muy grande (300~500 μm) sin una pérdida significativa de rendimiento. Esto permite que los devanados del estator ocupen un cierto espacio en el entrehierro, simplificando así enormemente la fabricación de motores síncronos de imanes permanentes.