国鉄101系電車
当初は全電動車による高加減速運転が構想されており、電動車のモハ90形4車種(後のモハ101・100形とクモハ101・100形)のみが製造されていたが、全電動車運転は変電所容量やコスト面から困難となったため、1958年以降は付随車のサハ98形(後のサハ101・100形)が製造された。車体と機器類は将来の電動車化を考慮した構造であり、台車もDT21T形となった。1960年からはクハ101・100形も製造されたほか、サハ101・100形には電動発電機と空気圧縮機を設けた200番台も登場した。
全電動車化の見込みがなくなったことから、1963年度以降はサハの製造はサハ101形に1本化されたほか、サハ・クハの主電動機点検蓋やクハ100形のパンタグラフ取り付け台などの電装準備工事は廃止された。1965年度からはサハ101形、クハ101・100形とも完全な付随車・制御付随車として増備されることになり、台車もDT21T形から付随車用のTR64形に変更された。1964年以降は特急形電車151系の181系化改造で余剰となった主電動機を流用した電動車も製造された。
モハ101-206
モハ100-229
サハ101-118
次世代近郊形電車用の制御方式として、1983年度にクモハ101-179・モハ100-228の2両に界磁添加励磁制御の制御装置を仮設して関西地区の東海道・山陽本線で現車試験が行われ、後の211系の開発に繋がった。1985年度にはクモハ101-60を用いてVVVFインバータ制御の現車試験が静岡地区の東海道本線で行われた。
主電動機は、東洋電機製造が原設計を担当した新開発のMT46A形(試作車はMT46形)で直流直巻整流子電動機(補極付)で、分路界磁制御自己通風型である。高回転化したことで、旧形電車に用いられたMT40形より大幅に小型軽量化したもので、重量は660 kgで約1/3、端子電圧375 V、上述のように中空軸平行カルダン駆動方式。なおMT40形などは並列接続時に2個直列となるため端子電圧750 Vであるが、本形式では2両単位の制御となり並列接続時に4個直列となるため端子電圧はその半分となった。発電ブレーキの使用時には電圧が定格の2倍程度まで達するのでそのためにも低電圧化が必要であった。その後1963年頃までに登場した初期の国鉄新性能電車の各系列に用いられた。電機子絶縁は特B種、界磁絶縁は特H種、温度上昇限度はそれぞれ120°C・150°Cとなっている。
主電動機は高速回転の軽量小型で出力100 kW、定格電圧375 V、中空軸平行カルダンとする。
加減速度はそれぞれ3.2、4.0 km/h/sとし、乗客の増減にかかわらず、加減速度を一定に保つ積空制御を行う。
ブレーキは電空併用とする。
車体、台車、ギ装の全般にわたり軽量化を行う。
自動ブレーキ以外従来車との連結運転は考えない。
一方、国鉄が各管理局・運転区向けに作成した「モハ90形取扱説明書」では新型電車導入の効果として次の5項目が挙げられている。
運転時隔の短縮により線路容量の増大が可能となり、輸送力の増強を効果的に行うことができる。
運転時分の短縮が可能となり、表定速度を高めてサービスを向上できる。これに伴って、ラッシュ時では輸送増を別とすれば電車使用両数も減少する。
軽量化によって電力費、軌道保守費を節減するとともに、新技術の導入による設計の近代化によって、車両の保守修繕費が減少する。
修繕回帰キロを延長し、検修予備車を節減できる。
特急電車などを将来考える場合は、主として性能上およびサービス上の観点から、新形電車によらなくては実現不可能である。
主に従来型の吊り掛け式国電と比較してのメリットを挙げているが、最後の項目では、すでに実施されていたモハ80系よりもさらに長距離・高速運転の電車を開発するということを示唆している。これはモハ90形が新世代通勤国電であると同時に、後に151系、153系、さらには新幹線計画に至る国鉄長距離列車の高速化・動力分散化への技術開発とその実車検証のためのものであることを表している。
登場して間もない1957年(昭和32年)10月に試作車4両(モハ90501、モハ90502、モハ90003、モハ90500)を用いて東海道本線(浜松 - 米原間)で高速度試験が実施された。試験車はDT21X台車の歯数比を3.95の高速型に変更し、モハ90502の台車のまくらばねをコイルばねからベローズ式空気ばねに変更したDT21Yに換装して乗り心地の比較検討も行われている。
この試験の成果により、国鉄初の特急形電車で後の国鉄特急形電車の礎となったモハ20系(称号改正に伴い151系)や新幹線電車の成功に大きく貢献した。また、この試験の際に切妻型ながら当時の国鉄車両における速度記録である135 km/hを記録した。なお、当時の狭軌の日本国内記録は小田急3000形の145 km/hで、国鉄車としては後にクモヤ93形が175 km/hを達成している。
101系の主電動機の熱問題は、同じMT46Aを用いた中・長距離電車でも発生していたが、常時使用で問題になる101系と違って中・長距離電車の場合は故障時に編成の一部の電動車をカットして走行していた。国鉄では1960年2月以降101系に代わる次期通勤電車の開発にかかっており、大出力の主電動機を用いて、電力消費量が増えた分を回生ブレーキによって補うことが考えられ、この2点に関する試験が行なわれた。その結果、中・長距離電車用には大出力主電動機MT54が採用されたが、次期通勤電車への採用は見送られた。出力増強の対になる回生ブレーキ試験の結果がかんばしくなく、加減速が頻繁な通勤電車で回生ブレーキを使わずに主電動機のみ増強した場合の必要電力の増大が許容できなかったため、以後の通勤電車は101系の出力増強形でなく経済性に特化した103系が用いられた。
電力回生ブレーキは1960年3月に101系910番台を製造し1960年6月 - 7月に試験を行った。