常磐線の輸送改善用として209系電車を基本に設計した車両で、常磐線の交流電化区間では初の4扉車である。観測障害を避けるために交流電化となっており、当時快速電車で使用されていた4扉ロングシートの103系は直流専用のため使用できなかった。直流電化区間を北に伸ばすことは前記した理由から不可能であり、既存の403系・415系は1982年(昭和57年)以降にロングシート車である415系500番台や1500番台(ステンレス車)を導入したものの、ともに3扉車であるため、混雑時の対応には限界があった。延伸という要望を当時の運輸省などに継続的に行っていた。これは沿線のイメージアップのために近郊形電車ではなく4扉の通勤形電車を投入して欲しいという要望であった。取手間で運用されていた103系の置き換えも視野に入れて開発された。2]、(全車ロングシートによる)座席数が減少したこと、当初はトイレ設備がないなどで長距離での運用に不向きであったことから、1997年で製造が打ち切られた。仕様・構造[編集]基本設計は209系と同様であるが、使用線区の性格や交流直流両用のため、装備する電装品などの違いがある。車体[編集]車体は、先頭部と台枠の一部を除いてステンレス鋼を使用した、209系と同様の軽量ステンレス構造を採用する[4]。変更した点である[5]。先頭車後位の連結器はE217系電車と同様の衝撃吸収タイプを用いる[6]。客室部の側窓は209系各区分と同様、車端部を除き固定窓を用いた。2006年(平成18年)9月から10月にかけて窓を開閉可能にする改造工事が施工された。客用扉は片側4か所に両開き式引き戸を設け、片側1か所を残して締め切ることが可能な「3/4扉閉」スイッチを装備する。1995年(平成7年)製の編成は営業開始後に後付け改造したが、1997年(平成9年)製の編成は落成時から装備している。電装系[編集]直流区間と交流区間を隔てるデッドセクションでの主回路の切り替えはATS-P地上子により自動で行われる。手動切り替えも可能である。いった補機類を搭載するが、床下機器スペースの都合上で空気圧縮機はユニット上り側の付随車(クハE500形、サハE500形)に搭載される[5][7]。3]を採用していた[8]。JRの電車では唯一の採用例で、発車・停車時の磁励音は音階を奏でるような独特なものであった。停車時にも音階を奏でるような磁励音を出す車両は国内ではこの車両のみであった。信頼性の問題から、5両の付属編成は2007年に、10両の基本編成は2012年にVVVFインバータ装置を東芝製IGBT素子のものに交換した。本系列の起動加速度は2.0km/h/sである[1](資料によっては2.05km/h/s[2])。これは交流関連機器の搭載による自重増に対応するためである。達成するため、歯車比はE217系と同じく16:97(≒1:6.06)である。V)を5両あたり1基搭載する[9]。補助電源装置の電源は主変圧器の3次巻線とすることが多いが、本形式の場合は主変換装置のコンバータ出力を電源としている[6]。空気圧縮機は209系と同様のものであるMH3096-C1600Sスクリュー式を採用する[8]。吐き出し容量は1,600L/minである[9]。パンタグラフはひし形のPS29であったが、2014年(平成26年)12月から2015年(平成27年)1月にかけて全ての付属編成がシングルアーム形のPS37Aに交換されており、基本編成も2015年2月より交換工事が進められ、基本・付属編成の交換が完了した。台車[編集]軸梁式の軸箱支持機構をもつボルスタレス台車で、枕ばねに空気ばねを用いたJR東日本一般形電車の標準的な仕様である。209系で採用されたDT61・TR246をベースに、自重の増加による車軸の変更、歯車比の変更による駆動装置の変更(電動台車のみ)が施されたDT61C(電動台車)およびTR246D(付随台車)を装着する[6]。ヨーダンパは準備工事のみとしている。側窓を埋めているモハE501形のパンタグラフ搭載部分は屋根が少し低くなっている内装は209系と変わらないが、座席表地の配色が異なり、一般席は常磐線のラインカラーである中距離電車の青色を座面部分に、快速電車の緑色を背もたれ部分にそれぞれ採用している。川崎重工業製の編成では車端部の座席脇にドア部分にある仕切りと同様のくぼみがある。つり革も209系と同一のものであるが、1997年製の編成以降は若干丸みを帯びた形状に変更された。優先席付近は、E233系電車の同付近のものに準ずる。車内照明は直流電源による。デッドセクション通過時には自動的に蓄電池供給に切り替わるため、基本的に消灯しない(交直流切り替えが手動で行われる場合は、この限りではない)。電源切り替え時はドア上の電光掲示板が消灯する。2007年2月にかけて基本編成の1・10号車および付属編成の1号車にバリアフリー対応トイレが設置された。その他設備[編集]2003年(平成15年)10月より車内自動放送が導入され[10]、2007年3月までにE531系に準じる放送に変更されるなど数度の更新が行われている。E231系やE531系と異なり、出口案内(「お出口は(左/右)側です」)の放送はない。1997/03/19先頭車は基本編成の10号車と付属編成の1号車は電気連結器付きで0番台であるが、基本編成の1号車と付属編成の5号車は電気連結器なしで1000番台に区分されている。車両重量は落成時のものである。5]がそれぞれ川崎重工業で10両編成が3本と5両編成が3本、東急車輛製造で10両編成が1本と5両編成が1本製造され、勝田電車区(当時)に配置された。上野間は快速)のみに使用された。日中の運用は10両編成での運転だった。土浦間の行先表示器には2006年(平成18年)3月17日まで運転されていた通勤快速の表示は用意されていたが、2005年(平成17年)7月9日から運転を開始した特別快速はE531系限定運用とされたこともあり、用意されなかった。快速の表示も用意していたが、定期列車としては取手以南の快速運転区間でも通常は終着駅名を表示していた。表示が用意されていた。北千住間の各駅停車の駅を掲示していた。この当時は、「■普通」と「■各駅停車」が並んで掲載されるものだった。快速」としたものに取り替えられた。7時台の列車には、2005年7月9日のダイヤ改正から運用を開始した同じ4扉車であるE531系とともにほぼ集中的に投入され、取手駅からのE231系とともに乗車位置の統一や収容力向上、および列車遅延の防止が図られた。10両+5両の分割編成であるが、着席サービスの向上を図るため、本系列の運用列車は検査時の415系・E531系による代走も含め(営業運転開始当時を除き、後のダイヤ改正以降)終日15両編成で運転されていた。勝田間の構内有効長の関係から、10両編成と5両編成に分割して回送されていた。運転可能な本系列の限定運用と403系・415系で代走可能な運用とに分けられていた。実際に検査や整備などで403系・415系が代走する際は、交流区間の各駅では代走期間と該当する時刻の4扉車が3扉車に変更される旨が表示されていた。運転が可能なE531系が2005年に登場したことや転用対応の改造工事開始に伴いE531系による代走の機会が増加し、本系列は2007年2月21日を最後に常磐線土浦以南での所定運用を終了した。後述の改造後で2007年3月改正前日である2007年3月17日に、移り変わり運用で10両編成が上野駅まで乗り入れている。)は全列車が2階建てグリーン車を2両連結したE531系電車で運行されるようになった。基本編成と付属編成は別運用となった。車内の停車駅案内図はE531系と同じものに交換された。勝田間で営業運転を開始した。行先表示器は、従来前面が黒地白文字・側面が白地黒文字の幕式のものであったが、運用区間の変更に伴い青地白文字の幕に交換された。○○」の表示や、運行障害情報の表示)が実施されている。いわき間での運用が復活した。その後、2018年になって水戸線内の小山~小田林間の交直セクションで本系列の故障が頻発したことにより、9月5日から水戸線での運用を全てE531系に変更し、本系列は水戸駅以北での常磐線のE531系付属編成の運用を置き換えるようになった。富岡駅間での営業運転を開始した[11]。2019年3月16日のダイヤ改正で水戸線での運用を終了[12]した。いわき~富岡間においても、2019年3月をもってE531系に運用変更となり、わずか半年で撤退した。(いわき〜草野間の回送は引き続き継続)2019年3月頃、K701編成の行先表示器が青地白文字の幕式から3色LED式となった。同時に側面の行先表示器は行先に加えて路線名を表示するようになった[13]。同月中にK752編成も3色LED式となった。本系列の導入により常磐線快速電車の延伸がなされたわけではなく普通列車の扱いであり、増発もなされなかった。直通列車削減の方針は短期間にとどまり、翌1998年(平成10年)のダイヤ改正で直通運用の改善がなされた。シーメンス社の主変換装置は京浜急行電鉄の2100形や新1000形の一部にも採用されている。1995年に川崎重工業で製造された基本10両編成は阪神・淡路大震災の影響で納車が遅れた。1997年に増備された車両の一部は老朽化した403系一部編成の置き換え用である。2017年10月14日のダイヤ改正時点では、E531系付属編成による列車が1本ある。基本編成の運用をE531系付属編成2本で代用する場合、荒川沖駅の貨物列車待避線では乗務員の車内移動ができないため、本系列による運転時も含めてホームに降りて移動できる佐貫駅を使用していた。ROLLINGSTOCK&MACHINERY」1996年2月号研究と開発「JR東日本E501系交直流電車の主回路システム(解説)」記事。日本鉄道サイバネティクス協議会「鉄道サイバネ・シンポジウム論文集」第32回(1995年)「PWMコンバータ方式交直流電車システム」論文番号510。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.111。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.112。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.114。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.113。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.116。『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.115。