直流無框力矩電動機的基本原理如同普通直流伺服電動機，但是直流無框力矩電機又是為了滿足高精度伺服系統的要求而特殊設計制造的，在結構和外形尺寸的比例上與一般直流伺服電動機有較大不同，一般直流伺服電動機為了減小電動機的轉動慣量，大都做成細長圓柱形；而直流力矩電動機為了能在相同體積和電樞電壓下產生比較大的轉矩及較低的轉速，一般做成扁平狀，電樞長度與直徑比很小，為0.2左右，某些特殊場合可達0.05；考慮結構的合理性，一般做成永磁多極的；為了減少轉矩和轉速的脈動，選取較多的電樞槽數、換向片數和串聯導體數。

直流無框力矩電機總體結構有分裝式和組裝式兩種，分裝式結構包括定子、轉子兩大部件組成，機殼和轉軸由用戶根據安裝方式自行選配；組裝式和一般直流伺服電動機相同，機殼和轉軸由制造廠家制成，并與定子、轉子等部件組裝成一個整體。這樣定子、轉子分裝式的結構充分地利用了空間，對具有體積、質量和外形尺寸要求的特定場合尤為適用。

直流無框力矩電動機是一種為了某些特殊用途而設計的永磁式直流伺服電動機，其典型結構就是電動機的定子是一個用軟磁材料做成的帶槽的環，在槽中嵌入永磁材料作為電動機的主磁場，其外圓又熱套上一個非磁性金屬環，在軟磁材料的部分形成一種橋狀的磁極，使在氣隙中形成接近正弦分布的磁通，以盡量減弱氣隙磁阻的變化，并使氣隙磁通密度在換向區較平滑地變化。電動機的轉子是由導磁材料的沖片疊壓成電樞轉子鐵心，并壓在非導磁的金屬支架上。支架內孔一般盡可能地大，以適應大小不一的軸徑和某些特定場合的安裝。在鐵心的槽中嵌入電樞繞組，特殊形狀的槽楔一端構成換向器片，另一端與電樞繞組的尾端焊接在一起，并與鐵心絕緣，然后以環氧樹脂將整個轉子灌封成為一個整體。電刷架則以螺釘緊固于定子的一側，電刷跨接在換向片的表面。