영구자석 동기 전동기 고정자의 3상 대칭 권선에 3상 전류가 흐르면, 전류에 의해 생성된 기자력이 결합하여 진폭이 일정한 회전 기자력을 형성합니다. 진폭이 일정하게 유지되기 때문에 이 회전 기자력의 궤적은 원형 회전 기자력이라고 불리는 원을 형성합니다. 그 크기는 단상 기자력의 최대 진폭의 정확히 1.5배입니다.
여기서, F는 원형 회전 기자력(T·m)이고; Føl은 단상 기자력(T·m)의 최대 진폭입니다.- k는 기본 권선 계수입니다. p는 모터의 극 쌍 수입니다. N은 각 코일의 직렬 권선 수입니다. I는 코일을 통해 흐르는 전류의 유효값입니다. 영구자석 동기전동기의 회전속도는 항상 동기속도이기 때문에 회전자 주자장과 고정자 원회전 기자력에 의해 발생하는 회전자장은 상대적으로 고정된 상태를 유지한다. 두 개의 자기장이 상호작용하여 고정자와 회전자 사이의 공극에 복합 자기장을 형성합니다. 이 복합 자기장은 회전자의 주 자기장과 상호 작용하여 모터 회전을 구동하거나 방해하는 전자기 토크 Te를 생성합니다.
여기서 Te는 전자기 토크(N·m)입니다. BR은 회전자의 주 자기장(T)입니다. Bnet은 공극(T)의 복합 자기장입니다. 에어 갭의 복합 자기장과 회전자의 주 자기장 사이의 위치 관계가 다르기 때문에 PMSM(영구자석 동기 모터)은 모터 모드와 발전기 모드 모두에서 작동할 수 있습니다. PMSM의 세 가지 작동 상태가 그림 3에 나와 있습니다. 공극의 복합 자기장이 회전자의 주 자기장보다 뒤처지면 생성된 전자기 토크는 회전자의 회전 방향과 반대가 됩니다. 이 상태에서는 모터가 전기를 생성합니다. 반대로, 에어 갭의 복합 자기장이 회전자의 주 자기장을 유도할 때 생성된 전자기 토크는 회전자의 회전 방향과 동일합니다. 이 상태에서는 모터가 발전기로 작동합니다. 로터의 주 자기장과 공극의 복합 자기장 사이의 각도를 전력각이라고 합니다.
PMSM은 다중-영구자석 회전자와 적절하게 설계된 권선이 있는 고정자의 두 가지 주요 구성요소로 구성됩니다. 작동 중에 회전하는 다극 영구 자석 회전자는 회전자와 고정자 사이의 에어 갭에서 시변 자속을 생성합니다-. 이 자속은 고정자 권선 단자에서 교류 전압을 생성하여 발전의 기초를 형성합니다. 여기에서 설명하는 영구자석 동기모터는 강자성 코어에 장착된 링- 모양의 영구자석을 사용합니다. 여기서는 내부 영구자석 동기 모터를 고려하지 않습니다. 전기도금된 강자성 코어에 자석을 내장하는 것은 매우 어렵기 때문에 회전자 및 고정자 코어에 적절한 두께(500μm)의 자석과 고성능 자성 재료를 사용하면 큰 성능 손실 없이 에어 갭을 매우 크게(300~500μm) 만들 수 있습니다. 이를 통해 고정자 권선이 에어 갭의 특정 공간을 차지할 수 있으므로 영구 자석 동기 모터의 제조가 크게 단순화됩니다.