直流无框力矩电动机的基本原理如同普通直流伺服电动机，但是直流无框力矩电机又是为了满足高精度伺服系统的要求而特殊设计制造的，在结构和外形尺寸的比例上与一般直流伺服电动机有较大不同，一般直流伺服电动机为了减小电动机的转动惯量，大都做成细长圆柱形；而直流力矩电动机为了能在相同体积和电枢电压下产生比较大的转矩及较低的转速，一般做成扁平状，电枢长度与直径比很小，为0.2左右，某些特殊场合可达0.05；考虑结构的合理性，一般做成永磁多极的；为了减少转矩和转速的脉动，选取较多的电枢槽数、换向片数和串联导体数。

直流无框力矩电机总体结构有分装式和组装式两种，分装式结构包括定子、转子两大部件组成，机壳和转轴由用户根据安装方式自行选配；组装式和一般直流伺服电动机相同，机壳和转轴由制造厂家制成，并与定子、转子等部件组装成一个整体。这样定子、转子分装式的结构充分地利用了空间，对具有体积、质量和外形尺寸要求的特定场合尤为适用。

直流无框力矩电动机是一种为了某些特殊用途而设计的永磁式直流伺服电动机，其典型结构就是电动机的定子是一个用软磁材料做成的带槽的环，在槽中嵌入永磁材料作为电动机的主磁场，其外圆又热套上一个非磁性金属环，在软磁材料的部分形成一种桥状的磁极，使在气隙中形成接近正弦分布的磁通，以尽量减弱气隙磁阻的变化，并使气隙磁通密度在换向区较平滑地变化。电动机的转子是由导磁材料的冲片叠压成电枢转子铁心，并压在非导磁的金属支架上。支架内孔一般尽可能地大，以适应大小不一的轴径和某些特定场合的安装。在铁心的槽中嵌入电枢绕组，特殊形状的槽楔一端构成换向器片，另一端与电枢绕组的尾端焊接在一起，并与铁心绝缘，然后以环氧树脂将整个转子灌封成为一个整体。电刷架则以螺钉紧固于定子的一侧，电刷跨接在换向片的表面。