当步进电机从旋转运动转变为线性运动时，可以通过多种机械方法实现，如齿条和齿轮传动、皮带轮传动以及其他机械联动装置。所有这些设计都需要各种机械零件。而将这种转变最有效地完成的方法是在电机内部进行。基本的步进电机是由具有磁性的转子铁芯与由定子产生的脉动定子电磁场相互作用而产生旋转。直线电机将旋转运动转换为线性运动，其精密程度取决于转子的步进角度和所选方法。直线步进电机首先在1968年出现，随后被广泛应用于高要求领域，如制造、精密调准和精密流体测量等。

使用螺纹的直线电机会根据其螺距来决定其精度。在直线电机中安装一个有螺纹中心轴承，通过一根固定的螺杆与此轴承配合，这样做可以防止螺杆同时移动时与固定组件一起旋转。当轴向移动时，仅需适当约束就能实现这一点，无论是在内部固定或外部使用不能旋转但轴向可自由移动的螺母都是实现约束的一个典型方法。

为了简化设计，将这个过程在设备内部完成是一个重要考虑因素。这不仅减少了复杂性，而且使得许多应用领域能够在不依赖外部联锁装置的情况下直接利用直线电机进行精确的线性移动。

最初采用滚珠丝杆和滚珠螺母结合体，但这对校准要求很高且成本较高，因此并不适用于大多数应用领域。此外，大部分设备设计人员熟悉基于混合式步进原理的小型化直线電機，它们已经有了悠久的历史，并伴随着自身特有的优缺点。它们具有简单紧凑无刷结构、机械优点好、实用性强且耐用，但是某些情况下由于维护不足无法保证长期耐用。

然而，有几种新技术可以克服这些问题，使得没有维护需求并提高耐久性能。这包括改良滚珠轴承提供更好的寿命产品，以及导杆/螺母组合材料改良以提高效率和耐用性。

提升可靠性的关键是了解并优化基础结构，比如Size 17混合式步进電機，它属于尺寸较小的一类。此类電機通常采用青铜加工成空心軸，并装入内螺纹，以便连接到不锈钢制成的导杆。大多数零件都使用加工（如#10-32）或Acme（如1/4-20）的“V”形或者梯形（如1/2-13）之类形式，每个类型都依据所需速度及精度不同选择。此外，“V”形更易于加工但对力学传递效果不好，而Acme则表现出更加有效，因为它拥有比“V”形低30%左右磨损率，并且每单位长度支持85%“V”的载重能力。如果相同条件下的功效计算，则60°斜坡输出80.5%相对于29°斜坡输出83.3%，因此29°斜坡会得到更多力的传输。这表明如果考虑负载方向，不同类型滑块之间存在显著差异。一旦该表面受到极端压力，则额外损耗会增加，从而进一步影响效率。在实际操作中，虽然“V”形主要用于紧固，而Acme则专注于驱动力，因此两者的光洁度标准完全不同：对于驱动力来说必须非常完美，但对于紧固则允许更多偏差。

最后，在研究如何提升耐久性能，我们发现最佳材料可能不是工程塑料，因为尽管它提供了低摩擦系数，但却因为温度升至167°F导致膨胀量太大而不稳定。而黄铜即使温度升至相同水平，也只膨胀0.001英寸，与塑料相比要稳定得多。（图4）

综上所述，最终我们认为选择正确材料以达到最佳性能，即保持千分之一英寸之间空隙大小，同时确保绝佳质量生产出来的是金属材质中的内孔涂层金属轉子的結構。（图5）

这种结构极大地提高了运行寿命、高效率降低噪音，并减少维护需求。（图6）