永磁体的使用为电机带来了高效率和高功率密度，但如何合理设计磁路以最大化利用永磁体的磁能、减小漏磁并防止高温引起的不可逆退磁，是一个复杂的技术挑战。磁路设计需平衡磁通密度、电机尺寸、成本和热稳定性。
永磁电机在高负荷运行时会产生大量热量，特别是永磁体对高温敏感，易发生退磁现象。因此，如何有效散热，保持电机尤其是永磁体的温度在安全范围内，是设计中的关键难点。与传统的异步电机相比，永磁同步电机需要更精确的控制以实现高效稳定运行。这包括矢量控制、直接转矩控制等先进控制策略，这些策略要求高精度的传感器反馈和复杂的算法，以实现快速准确的转矩和速度调节。
虽然名为“同步”电机，但在启动时需要克服静摩擦力和初始磁阻转矩，达到同步速度。设计中需要解决低速时的控制稳定性问题，以及开发有效的异步启动策略，比如使用短路启动、辅助绕组或变频器的特殊控制模式。永磁材料的选择直接影响电机的性能和成本。高性能的永磁材料如钕铁硼虽好，但成本高且对环境条件敏感。同时，需要采取措施防止电机在过载或故障情况下永磁体受到损伤。
为了保证电机长期稳定运行，机械设计需考虑振动、噪声控制及部件间的精密配合。永磁体的固定、轴承选择与安装精度等都是影响电机寿命和性能的重要因素。永磁同步电机的故障诊断较为复杂，如永磁体退磁难以直接检测，轴承损坏、绕组故障等问题的早期识别与处理也是技术难点之一，需要依赖先进的监测技术和算法。
永磁同步电机扩大定子槽截面积，这能减小磁路面积，增加齿部磁密，从而在相同体积下提升电机的输出力矩，提高定子槽满槽率可以确保更多的导线可以被安置在定子槽内，减少空间浪费，提升电流密度和效率。绕组端部产生的电阻损耗较大，缩短这部分长度可以减少铜损，提升效率。使用高性能的稀土永磁材料如钕铁硼，可以增强磁场强度，同时省去了电励磁所需的额外能量，提高了效率和功率因数。
同时，开发方法和装置来检查永磁材料的热稳定性，防止高温导致的去磁现象，并设计电机结构以增强其抗去磁能力，比如使用温度系数低的永磁材料或设计有效的冷却系统。利用现代电力电子技术和先进的控制算法（如矢量控制、直接转矩控制等）实现高效的电机调速，提高动态响应和运行效率，精确的传感器和信号处理技术可以提高电机控制的精度，减少不必要的能耗。从基本的脉宽调制（PWM）过渡到空间矢量脉宽调制（SVPWM）等高级调制技术，可以在减少谐波的同时提高电压利用率，理论上有助于提升效率，尽管实际效果需根据具体应用测试确定。
