JR東日本E501系電車

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JR東日本E501系電車
上野 - 土浦間で運用されていた時期のE501系(2003年4月26日 我孫子駅)
上野 - 土浦間で運用されていた時期のE501系
(2003年4月26日 我孫子駅)
編成 10両編成(基本編成 - 4M6T
5両編成(付属編成 - 2M3T)
営業最高速度 120km/h
設計最高速度 120km/h
起動加速度 2.0km/h/s[1]
編成定員 1,540名(基本編成)
760名(付属編成)
全長 制御車:20,420mm
中間車:20,000mm
全幅 2,800mm
全高 3,690mm
車体材質 ステンレス
編成質量 274.5t(基本編成 - 4M6T)
140.1t(付属編成 - 2M3T)
軌間 1,067mm
電気方式 直流1,500V
交流20,000V (50 Hz)
編成出力 1,920kW(基本編成 - 4M6T)
960kW(付属編成 - 2M3T)
主電動機 MT70形
主電動機出力 120kW
歯車比 16:97(≒1:6.06)
駆動装置 TD継手式平行カルダン駆動方式
制御装置 VVVFインバータ制御
IGBT素子・東芝製(更新後)
GTOサイリスタ素子シーメンス製(更新前)
制動方式 回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ
保安装置 ATS-SN, ATS-P, ATS-Ps(一部)
製造メーカー 川崎重工業
東急車輛製造

E501系電車(E501けいでんしゃ)は、東日本旅客鉄道(JR東日本)の交直流通勤形電車

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。

導入の経緯[編集]

常磐線では、東京への通勤圏が取手駅からさらに牛久土浦方面に伸び、取手以北の利用者が増え続けてきたが、取手以北は石岡市にある気象庁地磁気観測所への観測障害を避けるために交流電化となっており、4扉ロングシート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。

さらに、土浦市牛久市商工会議所や選出国会議員などが中心となった「県南常磐線輸送力増強期成同盟会」が常磐線「快速電車」の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。これらの問題を総合的に解決するために、日本初の交直流通勤形電車として製造された[2]

当初は、415系電車のほかに上野 - 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。ラッシュ時は4扉ロングシート車の収容力を活かして概ね好評であったものの、本系列の本格投入を睨んだ1997年(平成9年)3月22日ダイヤ改正時に日中の土浦以北から上野への直通列車が大幅に削減されたこと[3]、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、使用線区の性格や直流・交流両用のため、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]。相違点としては、強度確保及び交直流床下機器艤装スペースの観点から、外板厚を 1.2 mm から 1.5 mm に、台車間距離を 13,300 mm から 13,800 mm に延長した点である[5]。先頭車後位の連結器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。後年に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年製の編成は営業開始後に後付け改造したが、1997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。

基本的に電動車2両に主要機器を分散搭載するM1M2ユニットを採用し、M1車(モハE501形)には主変圧器主変換装置集電装置といった主回路機器を、M2車(モハE500形)には主変換装置・補助電源装置と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]

落成時はドイツシーメンスGTOサイリスタ素子によるCI3主変換装置[8]を採用していた[9]。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である、ドレミファソラシドを奏でるような独特なものであった。なお、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]

主電動機は かご形三相誘導電動機 を用い、出力は209系の 95 kW から 120 kW に向上した。交流関連機器の搭載による自重増と、低速域での加速性能確保・最高 120 km/h 運転に対応するため、歯車比はE217系と同一の 16:97(≒1:6.06)である。

補機用の電源として、5両給電が可能な静止形インバータ(SC45、定格容量 210 kVA、AC 440 V)を5両あたり1基搭載する[10]。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[9]。吐き出し容量は1,600L/minである[10]

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、枕バネに空気バネを用いた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。

室内設備[編集]

車内全景
車端のトイレ設置部
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。

また、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)。なお、空調装置や車内ドア上部のLED案内表示器の電源は静止形インバータ (SIV) から供給される三相交流であり、デッドセクション通過時には停止する。

全編成ともトイレは設置されていなかったが、2007年3月ダイヤ改正での運用区間変更に伴い、2006年10月 - 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11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た[11]。ただし、E231系やE531系は出口案内、乗り換え案内、次の停車駅(2005年8月頃より、特別快速のみに限定されたため廃止)の順に流れるのに対し、本系列の場合は出口案内放送がなく、乗り換え案内のみの放送となっている。

編成[編集]

← いわき
小山・土浦 →
10両編成
(基本編成)
号車 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
形式  
クハE501
(Tc)
 
サハE501
(T)

モハE501
(M1)
 
モハE500
(M2)
 
サハE500
(T)
 
サハE501
(T)
 
サハE501
(T)

モハE501
(M1)
 
モハE500
(M2)
 
クハE500
(Tc')
搭載機器     Mtr,CI CI,SIV CP     Mtr,CI CI,SIV CP
車両重量 25.5t 22.5t 34.2t 31.8t 23.4t 22.5t 22.5t 34.2t 31.8t 26.1t
5両編成
(付属編成)
号車 15 14 13 12 11
形式  
クハE501
(Tc)
 
サハE501
(T)

モハE501
(M1)
 
モハE500
(M2)
 
クハE500
(Tc')
搭載機器     Mtr,CI CI,SIV CP
車両重量 25.5t 22.5t 34.2t 31.8t 26.1t
  • 先頭車は基本編成の10号車と付属編成の11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15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。
  • Mtr (Main-Transformer) :主変圧器
  • CI (Converter・Inverter) :主変換装置(コンバータ装置+VVVFインバータ装置)
  • SIV:補助電源装置(静止形インバータ)
  • CP:空気圧縮機

運用の変遷[編集]

2007年3月改正まで[編集]

1995年(平成7年)に基本10両編成[12]と付属5両編成各1本が、1997年(平成9年)に基本10両編成と付属5両編成各3本の計60両[13]がそれぞれ川崎重工業東急車輛製造で製造され、勝田電車区に配置された。1995年12月1日から、常磐線上野 - 土浦間で営業運転を開始し、普通列車(取手 - 上野間は快速)のみに使用された。

上野 - 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。また、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。また、土浦以北の駅名は神立友部水戸勝田の表示が用意されていた。

車内の停車駅案内図は、上野 - 土浦間の普通列車の停車駅と、取手 - 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。2004年(平成16年)10月16日以降は、取手以南で「快速」と案内されることになったため、「土浦 - 取手間 普通 取手 - 上野間 快速」としたものに取り替えられた。

朝ラッシュの最混雑時間帯である土浦駅発上り6 - 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終日15両編成で運転されていた。ただし、検査などで勝田車両センター回送される際は、土浦 - 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。

予備編成がないため、取手駅以北で 120 km/h 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。同じ4扉車で 130 km/h 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。ただし、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。

2007年3月改正以降[編集]

2007年(平成19年)3月18日のダイヤ改正後、上野駅発着の常磐線中距離電車(土浦方面発着の快速、特別快速)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。それに伴い、本系列は運用区間が変更された。

水戸線で運用されるE501系
(2008年12月12日 笠間 - 宍戸)

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。実際には改正に先立つ2月27日から、K-752編成が水戸線および常磐線友部 - 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。また、同時に車内自動放送はほぼE531系に準じたものに変更された(ただし出口の案内は追加されておらず、乗り換え案内のみのままである)ほか、後に車内LEDの表示変更などの更新(駅接近時の「まもなく ○○」の表示や、運行障害情報の表示)が実施されている。

基本編成(10両)・付属編成(5両)とも4本配置・4本使用のため、検査時等の代走は基本的にE531系の付属編成が使用される。基本編成の代走にはE531系の付属編成2本連結した形で運用されるほか、E531系の基本編成が用いられることもある。

脚注[編集]

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  1. ^ a b 日本鉄道車両機械技術協会「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。
  2. ^ ただし、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。
  3. ^ 直通列車削減の方針は短期間にとどまり、翌1998年のダイヤ改正で直通運用の改善がなされた。
  4. ^ 鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.111。
  5. ^ a b 『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.112。
  6. ^ a b c 『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.114。
  7. ^ 『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.113。
  8. ^ シーメンス社の主変換装置は京浜急行電鉄2100形新1000形の一部にも採用されている。
  9. ^ a b 『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.116。
  10. ^ a b 『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.115。
  11. ^ 「鉄道記録帳2003年10月」、『RAIL FAN』第51巻第1号、鉄道友の会、2004年1月1日、 18頁。
  12. ^ 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。
  13. ^ 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。

参考文献[編集]

  •  東日本旅客鉄道株式会社運輸車両部車両課「新車ガイド2 E501系通勤形交直流電車」『鉄道ファン』1995年7月号、交友社、p.110 - p.117。

関連項目[編集]